Bilim İnsanları Ultrasonografi ile Derin Beyin Nöronlarını Harekete Geçiren Yeni Bir Araç Geliştirdi

Parkinson hastalığı ve epilepsi gibi nörolojik bozukluklar, derin beyin stimülasyonu ile bazı tedavi başarılarına sahiptir, ancak bunlar cerrahi cihaz implantasyonu gerektirir. St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nden multidisipliner bir ekip, beyindeki belirli nöron türlerini açıp kapatabilen ve cerrahi cihaz implantasyonu olmadan motor aktiviteyi hassas bir şekilde kontrol edebilen odaklanmış ultrason kullanarak, yeni bir beyin stimülasyon tekniği geliştirdi.

Mckelvey Mühendislik Okulu'nda biyomedikal mühendisliği ve Tıp Fakültesi'nde radyasyon onkolojisi profesörü olan Hong Chen liderliğindeki ekip, ultrason kaynaklı ısıtma etkisini ve sonotermogenetik olarak adlandırdıkları genetiği birleştirerek memelilerin beynindeki nöronların invaziv olmayan, hücre tipine özgü aktivasyonunu gösteren ilk çalışmayı sundu. Çalışma ayrıca, ultrason-genetik kombinasyonunun beynin derinliklerinde belirli bir hedefi uyararak davranışı sağlam bir şekilde kontrol edebileceğini gösteren ilk çalışma oldu. Kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri beyin girişimi tarafından finanse edilen üç yıllık araştırmanın sonuçları, 11 Mayıs 2021'de Beyin Stimülasyonunda çevrimiçi olarak yayınlandı.

Chen, “Çalışmamız, sonotermogenetiğin derin bir beyin bölgesini hedeflerken serbestçe hareket eden farelerde davranışsal tepkileri uyandırdığına dair kanıt sağladı" dedi. "Sonotermogenetik, nörobilim araştırmalarına yaklaşımlarımızı dönüştürme ve insan beyni bozukluklarını anlamak ve tedavi etmek için yeni yöntemler ortaya çıkarma potansiyeline sahip."

Bir fare modeli kullanarak, Chen ve ekibi genetik olarak seçilmiş nöronlara TRPV1 iyon kanalları içeren viral bir yapı verdi. Daha sonra, giyilebilir bir cihaz aracılığıyla beyindeki seçkin nöronlara düşük yoğunluklu odaklanmış ultrason yoluyla küçük bir ısı patlaması sağladılar. Vücut sıcaklığından sadece birkaç derece daha sıcak olan ısı, nöronları açmak veya kapatmak için bir anahtar görevi gören TRPV1 iyon kanalını aktive etti.

Makalenin ilk yazarı ve biyomedikal mühendisliği yüksek lisans öğrencisi Yaoheng Yang, "Serbest hareket eden farelerin kafasına takılan ultrason cihazını tüm beyindeki farklı yerleri hedeflemek için hareket ettirebiliriz. İnvaziv olmadığı için, bu teknik gelecekte büyük hayvanlara ve insanlara ölçeklendirme potansiyeline sahip." dedi

Chen, sonotermogenetiğin fare beynindeki herhangi bir yeri, beyne zarar vermeden milimetre ölçekli çözünürlükle hedefleme vaadinde bulunduğunu belirtti. Ekip tekniği optimize etmeye ve bulgularını daha da doğrulamaya devam ediyor.

Kaynaklar ve İleri Okuma

1. Yaoheng Yang, Christopher Pham Pacia, Dezhuang Ye, Lifei Zhu, Hongchae Baek, Yimei Yue, Jinyun Yuan, Mark J. Miller, Jianmin Cui, Joseph P. Culver, Michael R. Bruchas, Hong Chen. Sonothermogenetics for noninvasive and cell-type specific deep brain neuromodulation. Brain Stimulation, 2021; 14 (4): 790 DOI: 10.1016/j.brs.2021.04.021

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210528150507.htm