Η γενετικά τροποποιημένη πρωτεΐνη «Magneto» ελέγχει εξ αποστάσεως τον εγκέφαλο και τη συμπεριφορά.

Ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο για τον έλεγχο των εγκεφαλικών κυκλωμάτων που σχετίζονται με πολύπλοκες συμπεριφορές ζώων, χρησιμοποιώντας γενετική μηχανική για τη δημιουργία μαγνητισμένης πρωτεΐνης που ενεργοποιεί συγκεκριμένες ομάδες νευρικών κυττάρων από απόσταση.

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος δημιουργεί συμπεριφορά είναι ένας από τους απώτερους στόχους της νευροεπιστήμης – και μία από τις πιο δύσκολες ερωτήσεις του. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια σειρά μεθόδων που τους επιτρέπουν να ελέγχουν εξ αποστάσεως συγκεκριμένες ομάδες νευρώνων και να ανιχνεύουν τη λειτουργία των νευρωνικών κυκλωμάτων.

Η πιο ισχυρή από αυτές είναι μια μέθοδος που ονομάζεται οπτογενετική , η οποία επιτρέπει στους ερευνητές να ενεργοποιούν ή να απενεργοποιούν πληθυσμούς σχετικών νευρώνων (uhutv) σε κλίμακα χρόνου χιλιοστών του δευτερολέπτου με χιλιοστό του δευτερολέπτου με παλμούς φωτός λέιζερ. Μια άλλη πρόσφατα αναπτυγμένη μέθοδος, που ονομάζεται χημειογενετική , χρησιμοποιεί μηχανικές πρωτεΐνες που ενεργοποιούνται από φάρμακα σχεδιαστών και μπορούν να στοχευθούν σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων.

Αν και ισχυρές, και οι δύο αυτές μέθοδοι έχουν μειονεκτήματα. Η οπτογενετική είναι επεμβατική, απαιτεί εισαγωγή οπτικών ινών που μεταφέρουν τους παλμούς φωτός στον εγκέφαλο και, επιπλέον, η έκταση στην οποία το φως διεισδύει στον πυκνό ιστό του εγκεφάλου είναι πολύ περιορισμένη. Οι χημειογενετικές προσεγγίσεις ξεπερνούν και τους δύο αυτούς τους περιορισμούς, αλλά συνήθως προκαλούν βιοχημικές αντιδράσεις που χρειάζονται αρκετά δευτερόλεπτα για να ενεργοποιήσουν τα νευρικά κύτταρα.

Τηλεχειρισμός της εγκεφαλικής δραστηριότητας με θερμαινόμενα νανοσωματίδια.

Η νέα τεχνική, που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του Ali Güler στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια στο Charlottesville, και περιγράφεται σε μια προηγμένη διαδικτυακή έκδοση στο περιοδικό Nature Neuroscience , δεν είναι μόνο μη επεμβατική, αλλά μπορεί επίσης να ενεργοποιήσει τους νευρώνες γρήγορα και αναστρέψιμα.

Αρκετές προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι οι πρωτεΐνες των νευρικών κυττάρων που ενεργοποιούνται από θερμότητα και μηχανική πίεση μπορούν να τροποποιηθούν γενετικά έτσι ώστε να γίνουν ευαίσθητες σε ραδιοκύματα και μαγνητικά πεδία , συνδέοντάς τις με μια πρωτεΐνη αποθήκευσης σιδήρου που ονομάζεται φερριτίνη ή σε ανόργανα παραμαγνητικά σωματίδια . Αυτές οι μέθοδοι αντιπροσωπεύουν μια σημαντική πρόοδο – για παράδειγμα, έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα σε ποντίκια – αλλά περιλαμβάνουν πολλαπλά συστατικά που πρέπει να εισαχθούν ξεχωριστά.

Η νέα τεχνική βασίζεται σε αυτήν την προηγούμενη εργασία και βασίζεται σε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται TRPV4, η οποία είναι ευαίσθητη τόσο στις θερμοκρασίες όσο και στις δυνάμεις τεντώματος . Αυτά τα ερεθίσματα ανοίγουν τον κεντρικό πόρο του, επιτρέποντας στο ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό προκαλεί νευρικά ερεθίσματα που ταξιδεύουν στον νωτιαίο μυελό και μετά στον εγκέφαλο.

Ο Güler και οι συνάδελφοί του υποστήριξαν ότι οι δυνάμεις μαγνητικής ροπής (ή περιστρεφόμενες) θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν το TRPV4 τραβώντας το άνοιγμα του κεντρικού πόρου του και έτσι χρησιμοποίησαν γενετική μηχανική για να συντήξουν την πρωτεΐνη στην παραμαγνητική περιοχή της φερριτίνης, μαζί με μικρές ακολουθίες DNA που σηματοδοτούν τα κύτταρα να μεταφέρουν πρωτεΐνες στη μεμβράνη των νευρικών κυττάρων και τις εισάγουμε σε αυτήν.