Учёные Института Вейцмана разработали уникальный инструмент, который прольёт свет на пути связи между нервными клетками в головном мозге
Сотрудники Института Вейцмана разработали инновационную оптогенетическую технологию, основанную на использовании светочувствительного белка родопсина, полученного от комаров. По мнению исследователей, этот белок открывает новые горизонты для создания целой линии новых оптогенетических инструментов для исследования мозга.
Автором разработки является профессор Офер Ижар и его команда исследователей. Учёные сумели создать новый инструмент для изучения сообщений, передаваемых между нервными клетками в головном мозге. Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Neuron , позволят изучить с беспрецедентным разрешением связь между коммуникационными путями в мозге и различными неврологическими и психиатрическими состояниями в попытке разработать более целенаправленные и эффективные методы лечения различных неврологических заболеваниях.
Лаборатория профессора Ижара специализируется на оптогенетике – инновационном методе исследования, который позволяет нервным клеткам «активироваться» или «выключаться» светом. Этот метод был разработан благодаря исследованию лабораторных мышей, которые подверглись определённым генетическим изменениям, за счёт чего в их нервных клетках экспрессировались белки, называемые «родопсинами». Это светочувствительные молекулы, которые используются, среди прочего, для световых рецепторов в клетках сетчатки наших глаз. Когда свет проецируется на нервные клетки у этих мышей с помощью крошечных оптических волокон, происходит изменение электрического напряжения клеточных мембран, и в результате нервные клетки включаются или выключаются.
В последние годы в области оптогенетики было проведено несколько революционных исследований в лабораториях по всему миру, но эффективность используемых в настоящее время белков далека от совершенства, особенно когда речь идет об управлении высвобождением нейротрансмиттеров в синапсы – крошечные узлы связи между нервными клетками. Профессор Ижар и его коллегии, в том числе доктор Матиас Манн, доктор Инбар Шараф Синик и Фритиш Патил, поставили перед собой цель создать новый тип оптогенетического инструмента, который прольет новый свет на связь между нервными клетками.
«Мы решили посмотреть, какие решения существуют в природе», — говорит профессор Ижар. Оказывается, в природе существуют разные варианты молекулы родопсина. Рыбы, насекомые и даже млекопитающие экспрессируют эти белки не только в своих глазах, но и в различных частях тела – вероятно, как часть механизма регулирования биологических часов и, возможно, даже для других неоткрытых целей. Группа исследователей составила длинный список потенциальных белков родопсина и сначала попыталась оценить, какие из них лучше всего использовать для изучения путей нейронной коммуникации. В конце концов, учёные сократили список до двух – родопсин, полученный от рыбы абу-нафха, и родопсин, полученный от комара.
Наиболее подходящим для использования в качестве оптогенного инструмента оказался белок, полученный от комара, поскольку его активация светом подавляла активность синапсов и, следовательно, пути связи между нервными клетками в головном мозге. Чтобы проверить эффективность нового средства, исследователи проверили его с помощью препарата, который снижает интенсивность связи между нервными клетками. Они показали, что действие нового инструмента было таким же эффективным, как и у лекарства, но, хотя лекарство влияло на все части мозга без разбора, новый оптогенный инструмент позволял целенаправленно и точно влиять на коммуникацию определенных нервных клеток как в пространстве, так и по времени. Затем ученые продемонстрировали возможности нового инструмента, заблокировав высвобождение нейромедиатора дофамина только на одной стороне мозга у модифицированных мышей. Освещение мозга через оптоволокно привело к изменению поведения мышей, которое продолжалось только во время активации оптогенного средства. Через несколько минут после того, как исследователи выключили свет, мыши вернулись к нормальному поведению.
«Москитный родопсин позволит нам сосредоточиться на коммуникации между конкретными нейронами», — говорит профессор Ижар. «Это очень захватывающая технология, поскольку она позволит нам выявить роли различных коммуникационных путей в мозге таким способом, который до сих пор был невозможен. Мы считаем, что этот белок от комаров проложит путь для развития целого семейства новых оптогенных инструментов для исследования мозга».
В начале года научный журнал Nature включил исследование профессора Ижара в области оптогенетики в список «7 технологий, которые повлияют на мир науки в 2021 году». Это исследование станет важной точкой в новом Институте неврологии и нейробиологии – флагманском проекте Института Вейцмана, который будет создан с инвестициями в десятки миллионов долларов и объединит ведущие исследовательские группы в различных областях для исследования тайн мозга.
Другие актуальные исследования:
- В Ихилов проведена уникальная операция, спасшая ногу пациентки, страдающей от лимфостаза
- Революционное открытие учёных Тель-Авивского университета — новое слово в борьбе с раком мозга
- Новое слово в диагностике рака молочной железы от израильских специалистов: анализ крови вместо биопсии
- Учёные Тель-Авивского университета разработали оптическую технологию, которая сделает возможной мгновенную автоматическую диагностику меланомы
