211service.com
Gaismas slēdzis urīnpūšļa kontrolei
Jaunuzņēmums no Case Western Reserve universitātes Klīvlendā plāno komercializēt molekulāros gaismas slēdžus — ģenētisku tehnoloģiju, kas strauji iesakņojusies pētniecības pasaulē. Sākotnēji 2006. gadā izstrādātā tehnoloģija ietver mazu DNS fragmentu ievadīšanu dzīviem dzīvniekiem, lai ar gaismu varētu kontrolēt konkrētus neironus. Uzņēmums ar nosaukumu LucCell vispirms koncentrēsies uz terapiju izstrādi, lai atjaunotu urīnpūšļa kontroli paralizētiem cilvēkiem.
Gaismas vadība: Muguras smadzeņu neirons (zaļš), kas satur gaismjutīgo kanalrodopsīna proteīnu — kad to saņem gaisma, šūna nosūta signālu diafragmas muskuļiem, palīdzot paralizētam grauzējam elpot.
Centieni liecina par pieaugošu interesi par šo unikālo pētniecības rīku izstrādi klīniskai lietošanai. Eds Boidens, MIT neirozinātnieks un viens no sākotnējiem šīs tehnoloģijas izgudrotājiem, šā gada sākumā izveidoja jaunuzņēmumu, lai izstrādātu jaunas akluma terapijas. (Boidens ir žurnāla Technology Review žurnālists.) Ir aizraujoši redzēt interesi par šīs tehnoloģijas, kas tika uzskatīta par spēcīgu pamata zinātnes instrumentu, ieviešanu klīnikā, saka Boidens.
Molekulārie gaismas slēdži satur gēnu gaismas jutīgam proteīnam, kas iegūts no aļģēm, ko sauc par kannelrodopsīnu-2, kā arī molekulārās instrukcijas, kas ierobežo tā ekspresiju noteiktā šūnu apakškopā. Gēns tiek nogādāts mērķa audos ar vīrusa starpniecību, līdzīgi kā gēnu terapijā. Tiklīdz DNS nonāk šūnā, tā izraisa proteīna ražošanu, kas aktivizē šūnu, ja tiek pakļauta gaismai.
Šī pieeja ir kļuvusi par vienu no karstākajiem jaunajiem instrumentiem neirozinātnē, un tā tiek izmantota visā pasaulē, lai pētītu psihiskus un neiroloģiskus traucējumus, piemēram, depresiju, atkarību un epilepsiju, kā arī normālas smadzeņu funkcijas, piemēram, kustības un atmiņu.
LucCell galvenokārt koncentrēsies uz elpošanu un urīnpūšļa darbību paralizētiem cilvēkiem. Abos gadījumos signāli no smadzenēm vairs nevar sasniegt attiecīgos muskuļus. Ideja ir padarīt neironus, kas kontrolē šos muskuļus, gaismas jutīgus; šūnas pēc tam varētu ieslēgt vai izslēgt ar implantētu gaismas avotu. Mēs uzskatām, ka gaismas slēdža tehnoloģiju visvieglāk varētu izmantot šiem mērķiem, jo tiem ir nepieciešams tikai viens vai divi muskuļi – diafragma elpošanai un ārējais sfinkteris urīnpūšļa darbībai, saka Džerijs Silvers, Case Western neirozinātnieks un LucCell prezidents. . Esmu ļoti optimistisks, ka varam palīdzēt cilvēkiem. Sudraba vada uzņēmumu kopā ar diviem Case Western kolēģiem Stefanu Herlicu un Evanu Denerisu.
Pagājušajā gadā Sudrabs un viņa līdzstrādnieki parādīja, ka kanalrodopsīnu var izmantot, lai atjaunotu elpošanas funkciju paralizētiem grauzējiem. Pētnieki vispirms atjaunoja augsta līmeņa muguras smadzeņu bojājumu grauzējiem, paralizējot pusi no diafragmas. Pēc tam viņi injicēja slēdzi muguras smadzenēs, netālu no nerviem, kas kontrolē kroplos muskuļus. Gaismas spīdēšana uz šīm šūnām izraisīja muskuļu kontrakcijas diafragmā. Papīrs parāda ievērojamu elpošanas funkcijas atjaunošanos dzīvnieka pusē ar traucētu funkciju, kas ilga vienu dienu pat pēc gaismas izslēgšanas, saka Sudraba.
Pētnieki strādā arī pie urīnpūšļa kontroles atjaunošanas, kas ir problēma lielai daļai paralizēto cilvēku. Lai iztukšotu urīnpūsli, signāls no smadzenēm virzās pa muguras smadzenēm, dodot signālu sfinkterim atpūsties un atbrīvot urīnu. Šis savienojums tiek pārtraukts muguras smadzeņu bojājuma gadījumā, novēršot normālu urinēšanu. Ļoti jaudīga lokālā ķēde notur sfinkteru aizvērtu, saka Sudraba, tāpēc pacientiem ir jākateterizē sevi – process, kas var izraisīt infekcijas un citas komplikācijas. Šī vieta ir augsta to lietu sarakstā, kuras cilvēki ar paralīzi vēlētos redzēt labotu.
Pētnieki tagad pārbauda nedaudz atšķirīgu molekulāro gaismas slēdzi, ko sauc par mugurkaulnieku rodopsīnu 4, kas izslēdz šūnas, reaģējot uz gaismu, nevis aktivizē tās. Gēnu injicēšana neironos, kas kontrolē sfinkteru, ļautu šīm šūnām izslēgties, reaģējot uz gaismu, ļaujot sfinktera muskuļiem atpūsties.
Galu galā pētnieki vēlētos apvienot šo izslēgšanas slēdzi ar urīnpūšļa izspiešanas mehānismu, kas ir vēl viena normālas urinēšanas sastāvdaļa. Mēs varētu ievietot ieslēgšanas slēdzi kodolā, kas izspiež urīnpūsli, vai mēs varētu strādāt ar cilvēkiem, kuri izspiež urīnpūsli, izmantojot funkcionālu elektrisko stimulāciju, saka Sudraba. Funkcionālajā elektriskajā stimulācijā paralizētu muskuļu kontrolei tiek izmantoti implantēti elektrodi.
Pētniekiem joprojām ir jāpārvar vairāki šķēršļi, lai tehnoloģiju attīstītu par praktisku ārstēšanu. Viņiem būs jāizdomā, kā droši piegādāt gan DNS, gan gaismu attiecīgajām nervu šūnām. LucCell izstrādā tādu gaismas slēdžu versiju, kas tiek piegādāti, izmantojot vīrusus, kas jau ir izplatīti cilvēka gēnu terapijā. Pētnieki sadarbojas ar Boyden, lai modificētu implantējamu gaismas avotu, kas izgatavots no miniatūra lāzera vai LED, kas pievienots optiskajai šķiedrai.
Lielākais izaicinājums būs drošība, saka Karls Deisserots, Stenfordas neirozinātnieks, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Jums ir jāuztraucas par tādām lietām kā retas, bet nopietnas imūnās reakcijas pret olbaltumvielām un ierīcēm. Tā kā proteīns ir iegūts no aļģēm, pastāv bažas, ka tas var izraisīt imūnreakciju vai izrādīties toksisks šūnai ilgtermiņā. Šī gada sākumā Boidens un viņa līdzstrādnieki publicēja pirmo dokumentu, kurā tika pārbaudīta kanalrodopsīna tehnoloģija primātiem, ekspresējot proteīnu makaka pērtiķu frontālajā garozā. Pēc deviņiem mēnešiem dzīvniekiem nebija neparastu bojājumu pazīmju. Taču, ņemot vērā tehnoloģijas novitāti, visticamāk, būs nepieciešama plaša drošības pārbaude.