Разработан метод управления нейронами с помощью радиоволн

GFP-ферритин (зеленый) и TRPV1 (синий) в мембранах нейронов

Sarah A. Stanley et al., Nature, 2016

Американские ученые разработали метод дистанционного управления метаболическими нейронами гипоталамуса с помощью радиоволн. Отчет об их работе опубликован в журнале Nature.

Научный коллектив под руководством Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке использовал в работе трансгенных мышей, которые экспрессируют рекомбиназу Cre в нейронах вентромедиального гипоталамуса, чувствительных к уровню глюкозы. Животным ввели в гипоталамус ослабленный ретровирус со встроенным геном химерного белка. Этот белок представляет собой помеченный зеленым флуоресцирующим протеином (GFP) железосодержащий белок ферритин, соединенный с ваниллоидным рецептором 1 типа (ионным каналом, участвующим в восприятии и регуляции температуры тела). Части белка соединены друг с другом верблюжьим антителом к GFP. Экспрессия этого белка (anti-GFP—TRPV1/GFP—ferritin) в нейронах происходит под действием Cre, поэтому он вырабатывается только в метаболических нейронах трансгенных мышей.

Химерный белок, встроенный в мебрану клетки, способен реагировать на радиочастотное излучение благодаря железу ферритина. Под действием радиоволн он открывает канал TRPV1 и пропускает в нейрон ионы кальция, активируя его. В эксперименте радиоизлучение частотой 465 килогерц втрое повысило уровень глюкагона (гормона, повышающего уровень глюкозы) и вдвое снизило уровень инсулина, что привело к росту концентрации глюкозы в крови мышей и повысило экспрессию глюкозо-6-фосфатазы (фермента синтеза глюкозы из неуглеводных соединений) в печени.

Схема работы химерного белка

Sarah A. Stanley et al., Nature, 2016

Модификация ионного канала химерного белка, сделавшая его проницаемым не для кальция, а для хлора (ингибирующего иона), позволила таким же образом подавлять активность чувствительных к глюкозе нейронов. Эффективность методики подтвердили в экспериментах на клеточной культуре метаболических нейронов линии N38 in vitro.

Разработка является ценным инструментом изучения функций нейронов, поскольку не повреждает ткань мозга, как вживление электродов, и позволяет целенаправленно воздействовать только на заданные нервные клетки. Кроме того, она универсальна, поскольку экспрессировать ген Cre можно в любых типах нейронов лабораторных животных.

Олег Лищук