Как ультразвуковая стимуляция мозга может вылечить заболевания мозга?

By Мирослав Белоголовка No comments

Как ультразвуковая стимуляция мозга может вылечить заболевания головного мозга?
                LILFU индуцирует повышение уровня Ca2 + в астроцитах путем активации TRPA1 и выделения глутамата из астроцитов через Best1. Высвобождаемый глутамат приводит к увеличению Ca2 + в нейронах и активированию путем активации NMDAR, что приводит к синаптической пластичности и поведению. Кредит: IBS

Подобно тому, как лучи солнечного света могут быть сфокусированы увеличительным стеклом, так и лучи ультразвука могут быть сфокусированы — не для того, чтобы разжечь огонь, а чтобы они сходились на определенной цели. Импульсы ультразвука могут проходить через препятствия, подобные тканям тела, без риска, связанного с обычной имплантацией устройства и электрической стимуляцией. В качестве неинвазивного подхода, который может быть нацелен на определенные области мозга, технология сфокусированного ультразвука является новым средством лечения двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона. В частности, низкоинтенсивный низкочастотный ультразвук (LILFU, с нетепловыми уровнями мощности от 30 до 500 мВт/см2) становится высоко трансформирующим подходом. LILFU обеспечивает высокое пространственное разрешение, глубокое проникновение, комбинированное использование с МРТ, рентабельное внедрение и длительный нейромодулирующий эффект без заметных побочных эффектов, таких как тепловая реакция, которая вызывает изменение температуры локальной тканевой среды. Недавно было обнаружено, что LILFU модулирует активность нейронов. Хотя испытания на животных показали, что LILFU увеличивает нервную активность в двигательном пути, точная работа не была зафиксирована.
                                                                                       

Под руководством д-ра С. Джастина Ли, исследователи из Центра познания и социального развития в Институте фундаментальных наук (IBS) в Тэджоне, Южная Корея, определили механизм, лежащий в основе опосредованной LILFU нейромодуляции. Они обнаружили, что TRPA1 (транзиентный рецепторный потенциал Ankyrin 1), кальциевый канал, экспрессируемый в астроцитах в мозге, — это то, где LILFU-модулированная нейромодуляция начинается с захвата сигналов LILFU и преобразует их в электрические сигналы.

Предыдущие исследования рассматривали механочувствительные ионные каналы только внутри нервной мембраны, исключая не нейронные клетки, такие как астроциты. Поскольку было показано, что LILFU индуцирует ответы Ca2 + в нейронах и астроцитах путем воздействия волны механического давления на плазматическую мембрану, исследовательская группа проверила астроцитарные каналы Ca2 + и обнаружила, что TRPA 1 является высокочувствительной мишенью для индуцированной LILFU нейронной активности в моторной коре. , например, движение хвоста.

Исследовательская группа продемонстрировала путь, посредством которого LILFU стимулирует нейронную активность, ведущую к желаемому поведению (то есть движению хвоста); в ответ на сигналы LILFU открывается TRPA1, позволяя поступать Ca2 + в астроциты. Увеличение Ca2 + вызывает высвобождение глутамата из астроцитов через Best1. Будучи возбуждающим нейротрансмиттером, высвобождаемый глутамат повышает уровень нейронального кальция и активизирует его, активируя NMDAR. Это, в свою очередь, приводит к синаптической пластичности. Эти адаптивные изменения в синаптической силе связаны со стимуляцией LILFU, которая представляет собой движение хвоста, вызванное потенцированием возбуждающей синаптической передачи в моторной коре.


            Как ультразвуковая стимуляция мозга может вылечить заболевания головного мозга?
                (A) Принципиальная схема теста движения хвоста мыши in vivo с использованием ультразвука в моторной коре. (B) Оценка движения хвоста WT (n=4) и TRPA1 KO (n=7) при различной интенсивности ультразвука. Кредит: IBS

В своих экспериментах на мышах исследователи стимулировали моторную кору in vivo у мышей дикого типа (WT) и нокаута TRPA1 (KO) с помощью LILFU и проверяли движение хвоста. Движение хвоста в TRPA1 KO было значительно снижено по сравнению с WT, что позволяет предположить, что TRPA1 опосредует LILFU-индуцированную нейромодуляцию и моторное поведение. Они также ингибировали экспрессию TRPA 1, используя генетический сайленсер, небольшую интерференционную РНК, формирующую шпильку (shRNA), чтобы увидеть, играет ли TRPA 1 критическую роль в стимулированной LILFU нейрональной активности.

Исследователи обнаружили, что LILFU-индуцированное возбуждение нейронов в генах, молчащих по TRPA1, было значительно снижено по сравнению с таковым в контрольной группе. Также было подтверждено, что подавление генов TRPA1 или Best1 устраняет LILFU-индуцированное срабатывание в течение 100% увеличения скорости запуска нейронов. Эти результаты показывают, что LILFU активирует астроцитарный TRPA1 и глутамат-высвобождающий Best1 через Ca2 + для нацеливания на синаптический NMDAR, что приводит к нейрональному срабатыванию.


            Как ультразвуковая стимуляция мозга может вылечить заболевания головного мозга?
                (A) Репрезентативные следы индуцированной LILFU нейрональной активности в срезе, контролируемом (вверху), TRPA1- (в центре) или Best1-shRNA (внизу), с инфекцией GFAP-Cre. (B) Сводная гистограмма, показывающая количество нейронных вспышек в течение 3 минут LILFU в процентах от 3 минут базовой линии перед LILFU. Кредит: IBS

Примечательно, что это исследование предполагает наличие высокочувствительных механо-каналов в астроцитах, но не в нейронах, в результате чего астроциты становятся клеточной мишенью для LILFU. Используемый в качестве нетеплового подхода, LILFU также не имеет повреждений тканей. Синаптическая пластичность относится как к познанию, так и к движению. Таким образом, механическая стимуляция пути TRPA1-Best1-NMDAR также может оказаться полезной помимо физиологических состояний к патологическим состояниям, таким как деменция, сотрясение мозга и депрессия.

Добавить комментарий