Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Εγκέφαλος: Οι ασθένειες του ανθρώπινου εγκεφάλου, όπως η νόσος του Πάρκινσον, περιλαμβάνουν βλάβη σε περισσότερες από μία περιοχές του εγκεφάλου, απαιτώντας τεχνολογία που θα μπορούσε να αντιμετωπίσει με ακρίβεια και ευελιξία όλες τις πληγείσες περιοχές ταυτόχρονα. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις ανέπτυξαν μια μη επεμβατική τεχνολογία που συνδυάζει μια ολογραφική ακουστική συσκευή με γενετική μηχανική που τους επιτρέπει να στοχεύουν επακριβώς τους επηρεασμένους νευρώνες στον εγκέφαλο, δημιουργώντας τη δυνατότητα να ρυθμίζουν με ακρίβεια επιλεγμένους τύπους κυττάρων σε πολλαπλές ασθενείς περιοχές του εγκεφάλου.
Η Hong Chen, αναπληρώτρια καθηγήτρια βιοϊατρικής μηχανικής στη Σχολή Μηχανικών McKelvey και της Νευροχειρουργικής στη Σχολή Ιατρικής, και η ομάδα της δημιούργησαν το AhSonogenetics, ή Airy-beam holographic sonogenetics, μια τεχνική που χρησιμοποιεί μια μη επεμβατική φορητή συσκευή υπερήχων για να αλλάξει γενετικά επιλεγμένους νευρώνες στους εγκεφάλους των ποντικών. Τα αποτελέσματα της μελέτης απόδειξης της ιδέας δημοσιεύτηκαν στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (Proceedings of the National Academy of Sciences) στις 17 Ιουνίου. Η AhSonogenetics συγκεντρώνει αρκετές από τις πρόσφατες εξελίξεις του ομίλου Chen σε μία τεχνολογία. Το 2021, αυτή και η ομάδα της κυκλοφόρησαν το Sonogenetics, μια μέθοδο που χρησιμοποιεί εστιασμένο υπέρηχο για να παραδώσει ένα ιικό κατασκεύασμα που περιέχει διαύλους ιόντων ευαίσθητων στον υπέρηχο σε γενετικά επιλεγμένους νευρώνες στον εγκέφαλο. Χρησιμοποιούν εστιασμένο υπέρηχο χαμηλής έντασης για να προσφέρουν μια μικρή έκρηξη θερμότητας, η οποία ανοίγει τα κανάλια ιόντων και ενεργοποιεί τους νευρώνες.
Η ομάδα της Chen ήταν η πρώτη που έδειξε ότι η ηχογενετική μπορούσε να ρυθμίσει τη συμπεριφορά των ποντικών που κινούνται ελεύθερα. Το 2022, αυτή και μέλη του εργαστηρίου της σχεδίασαν και εκτύπωσαν τρισδιάστατα ένα ευέλικτο εργαλείο γνωστό ως δυαδική ακουστική μετα-επιφάνεια με δυνατότητα Airy beam που τους επέτρεψε να χειριστούν τις δέσμες υπερήχων. Αναπτύσσει επίσης το Sonogenetics 2.0, το οποίο συνδυάζει το πλεονέκτημα του υπερήχου και της γενετικής μηχανικής για τη διαμόρφωση καθορισμένων νευρώνων μη επεμβατικά και με ακρίβεια στον εγκέφαλο ανθρώπων και ζώων. Το AhSonogenetics τα συγκεντρώνει ως μια πιθανή μέθοδο παρέμβασης σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες. «Επιτρέποντας την ακριβή και ευέλικτη νευροδιαμόρφωση για συγκεκριμένο τύπο κυττάρου χωρίς επεμβατικές διαδικασίες, η AhSonogenetics παρέχει ένα ισχυρό εργαλείο για τη διερεύνηση ανέπαφων νευρικών κυκλωμάτων και προσφέρει πολλά υποσχόμενες παρεμβάσεις για νευρολογικές διαταραχές», είπε η Chen.
Η Sonogenetics δίνει στους ερευνητές έναν τρόπο να ελέγχουν με ακρίβεια τους εγκεφάλους, ενώ η τεχνολογία airy-beam επιτρέπει στους ερευνητές να λυγίζουν ή να κατευθύνουν τα ηχητικά κύματα για να δημιουργήσουν αυθαίρετα μοτίβα δέσμης μέσα στον εγκέφαλο με υψηλή χωρική ανάλυση. Ο Yaoheng (Mack) Yang, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητικός συνεργάτης που απέκτησε διδακτορικό στη βιοϊατρική μηχανική από την McKelvey Engineering το 2022, είπε ότι η τεχνολογία δίνει στους ερευνητές τρία μοναδικά πλεονεκτήματα. «Η δέσμη αέρα είναι η τεχνολογία που μπορεί να μας δώσει ακριβή στόχευση μιας μικρότερης περιοχής από τη συμβατική τεχνολογία, την ευελιξία να κατευθύνουμε προς τις στοχευμένες περιοχές του εγκεφάλου και να στοχεύουμε πολλές περιοχές του εγκεφάλου ταυτόχρονα», είπε ο Γιανγκ. Η Chen και η ομάδα της, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων συγγραφέων Zhongtao Hu, πρώην μεταδιδακτορικού ερευνητικού συνεργάτη, και Yang, σχεδίασαν κάθε μεταεπιφάνεια Airy-beam ξεχωριστά ως βάση για φορητές συσκευές υπερήχων που ήταν προσαρμοσμένες για διαφορετικές εφαρμογές και για ακριβείς τοποθεσίες στον εγκέφαλο.
Η ομάδα της Chen δοκίμασε την τεχνική σε μοντέλο ποντικού με τη νόσο του Πάρκινσον. Με το AhSonogenetics, κατάφεραν να διεγείρουν δύο περιοχές του εγκεφάλου ταυτόχρονα σε ένα μόνο ποντίκι, εξαλείφοντας την ανάγκη για πολλαπλά εμφυτεύματα ή παρεμβάσεις. Αυτή η διέγερση ανακούφισε τα κινητικά ελλείμματα που σχετίζονται με τη νόσο του Πάρκινσον στο μοντέλο του ποντικιού, συμπεριλαμβανομένων αργών κινήσεων, δυσκολίας στο περπάτημα και συμπεριφορών κατάψυξης. Η συσκευή Airy-beam της ομάδας ξεπερνά ορισμένα από τα όρια της ηχογενετικής, συμπεριλαμβανομένης της προσαρμογής του σχεδιασμού της συσκευής ώστε να στοχεύει συγκεκριμένες τοποθεσίες του εγκεφάλου, καθώς και την ενσωμάτωση της ευελιξίας για την προσαρμογή των στόχων σε έναν μόνο εγκέφαλο. Ο Hu είπε ότι η συσκευή, η κατασκευή της οποίας κοστίζει περίπου 50 δολάρια, μπορεί να προσαρμοστεί σε μέγεθος ώστε να ταιριάζει σε διάφορα μεγέθη εγκεφάλου, επεκτείνοντας τις πιθανές εφαρμογές της. «Αυτή η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ερευνητική πλατφόρμα για την επιτάχυνση της έρευνας στις νευροεπιστήμες λόγω της ικανότητας να στοχεύει ευέλικτα διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου», είπε ο Hu. «Η οικονομική προσιτότητα και η ευκολία κατασκευής μειώνουν τα εμπόδια στην ευρεία υιοθέτηση των προτεινόμενων συσκευών μας από την ερευνητική κοινότητα για εφαρμογές νευροτροποποίησης».
