Ultraljud kan hjälpa till att kontrollera hjärnan

En artikel av ett forskarlag om deras nya arbete publicerades i en av de välkända vetenskapliga publikationerna – specialisterna lyckades kontrollera rundmaskarnas handlingar med en speciell gen genom att påverka dem med ultraljud.

Chefen för den vetenskapliga gruppen, Stuart Ibsen från Kalifornien, förklarade att lågfrekventa ultraljudsvågor, som sprider sig genom kroppen, nästan inte sprids, vilket skiljer dem från ljus. Denna egenskap kan vara användbar, till exempel vid stimulering av djupa områden i hjärnan.

Ibsens team kunde kontrollera de transgena rundmaskarnas handlingar med hjälp av ultraljudsvågor och luftbubblor som fanns i maskarnas omgivande odlingsmedium.

Forskare har modifierat rundmaskarnas genom så att deras nervceller blir känsliga för kommandon som skickas via ultraljud. Specialisterna kunde uppnå detta genom att introducera TRP-4-genen i maskarnas DNA. Denna speciella gen innehåller en viss "guide" för att sätta ihop molekyler av ett ovanligt protein som finns på ytan av neuroner; det är detta protein som ansvarar för rundmaskarnas uppfattning av ultraljud och låter dem kontrollera sina handlingar. Sådana proteiner fungerar som en slags kanal genom vilken vissa joner passerar (i fallet med maskar öppnas jonkanalerna för kalcium), vilket får hjärncellerna att bli aktiva.

När ultraljud träffar proteinmolekyler öppnas en kanal och cellen avger en elektrisk impuls. Tack vare detta kunde forskare kontrollera arbetet hos inte bara enskilda celler, utan även hela maskarnas hjärna. Förutom ultraljud bidrog luftbubblor, som var täckta med ett speciellt fettlager och färg, till att påverka maskarnas beteende. Sådana bubblor hjälpte till att aktivera specifika neuroner. Som ett resultat av ultraljudsexponering tvingade forskare masken att röra sig i motsatt riktning, vrida sig i en spetsig vinkel eller inte vrida sig alls.

Denna metod för att kontrollera hjärnans arbete kallas sonogenetik och för närvarande kan den endast tillämpas på maskar. Enligt forskare är det dock fullt möjligt att anpassa denna metod inte bara till andra djur, utan även till människor, även om det finns många svårigheter på vägen mot detta mål.

För att metoden ska fungera är det nödvändigt att introducera TRP-4-genen i vissa celler i kroppen och luftbubblor i cirkulationssystemet. Experter menar att ett sådant unikt system kommer att hjälpa personer med hjärnsjukdomar, såsom epilepsi.

Nu måste forskare testa om metoden kommer att fungera även för däggdjur. För närvarande har Ibsens vetenskapliga grupp redan påbörjat forskning på gnagare och om experimenten lyckas kan sonogenetik anpassas för att fungera med människor. Specialister är övertygade om att de kommer att kunna hitta metoder för "kontaktlös" kontroll av celler.

Förresten, ultraljud har redan använts av forskare för att stimulera hjärnan, det användes till och med för att behandla vissa sjukdomar, men Ibsens grupp var den första som lyckades aktivera enskilda celler med ultraljudsvågor.