В новом подходе новое исследование в SISSA использует технологию, которая может активировать отдельные нервные клетки с помощью светового импульса. Этот целенаправленный неинвазивный подход можно использовать для фундаментальных исследований нервной системы, а также для разработки инновационных методов лечения неврологических заболеваний.
Вспышка света для модуляции активности отдельного нейрона в реальном времени: так работают инновационные нанометрические фотодиоды, предмет нового исследования, опубликованного в Science Advances . Методика была разработана командой профессора Лауры Баллерини из SISSA в Триесте в сотрудничестве с Чикагским и Кембриджским университетами.
При активации инфракрасным излучением фотодиоды нанометрового масштаба посылают электрический сигнал в нервную клетку, с которой они связаны, регулируя ее функцию. Затем эффект стимуляции может быть расширен и усилен на окружающую сеть нейронов благодаря их синаптическим контактам. Работая как настоящий электрод, но с неинвазивным и избирательным подходом, эти нанотехнологии могут быть чрезвычайно полезны для фундаментальных исследований, для углубленного изучения механизмов нервной системы , а также для разработки таргетных методов лечения неврологических заболеваний.
Нанометрические фотодиоды: как они работают
«Для исследования функционирования нервной системы в настоящее время существует большой интерес к технологиям, которые должны быть одновременно очень точными и неагрессивными. Наша стратегия идет именно в этом направлении. генетических манипуляций и оптических методов, мы использовали новый, более специфичный и менее инвазивный подход», — говорят профессор Баллерини и ее сотрудники Денис Скайни и Марио Фонтанини.
В исследовании исследовательская группа SISSA использовала инновационные нанометрические фотодиоды, разработанные Чикагским университетом, которые способны связываться с поверхностной мембраной нервных клеток. «Фотодиоды загораются при освещении инфракрасным светом », — объясняют ученые. «Таким образом, они могут электрически воздействовать на нервную клетку, активируя ее. Это чрезвычайно полезно для исследовательских целей, поскольку позволяет нам увидеть, какую роль играет конкретный нейрон в данном процессе, и, поскольку инфракрасное излучение способно проникать в ткани, модулировать свою активность извне подвижным и неагрессивным образом».
Но как подключить фотодиод к нейрону, который вы хотите изучить? Благодаря оригинальному механизму, разработанному в сотрудничестве с группой Лилианы Фрук из Кембриджского университета: «Фотодиод связан с антителом, которое работает как курьер, который берет и прикрепляет его именно туда, куда мы хотим. Это потому, что антитело с высокой специфичностью распознает структура, которую мы знаем, находится на поверхности нейрона-мишени».
Новая технология с огромным потенциалом
Работая в лаборатории на эксплантированных участках спинного мозга, сотрудники SISSA сосредоточились на изучении сенсорных нейронов, участвующих в болевых путях: «Мы поняли, что наш метод способен избирательно стимулировать отдельные клетки , позволяя нам активировать отдельные нейроны с противоположным функциональные роли, например, возбуждающие или тормозящие», — объясняют исследователи. «Активируя фотодиодом возбуждающий нейрон на спинном роге, мы наблюдали усиление болевого сигнала. И наоборот, воздействуя на тормозной нейрон, получали противоположный эффект: усиление болевого сигнала отключалось. »
Интересно, что исследование также показывает, что воздействие только на один нейрон может иметь гораздо более широкий эффект, влияя на активность целой области. «Это именно то, что мы проверили: стимулируя целевой нейрон, мы можем модулировать реакцию всей цепи, и это очень интересно по ряду причин», — говорят исследователи.
«Благодаря своей функциональности и эффективности этот метод, который до сих пор был разработан только в лабораторных условиях, может позволить нам очень сложным образом определять нейросенсорные цепи, получая очень подробную информацию о роли, которую играют отдельные нервные клетки в различных механизмах. Эти глубокие знания, следовательно, позволят разрабатывать все более конкретные терапевтические подходы на уровне спинного мозга», — заключает Лаура Баллерини.
