Die optogenetik ein Werkzeug für die Steuerung von Nervenzellen mit Licht, gegeben hat, die Neurowissenschaftler die Fähigkeit, flip Gehirnzellen an-und ausschalten mehr oder weniger wird, revolutioniert die Neurowissenschaft.
Doch die Technik steht vor einer grundlegenden Herausforderung: alle studieren, aber der äußerste Teil des Gehirns, brauchen die Forscher ein Implantat Glasfaser oder andere invasive Geräte zu liefern, die das Licht tief in das Gehirn.
Nun, in Proceedings of the National Academy of Sciences, Stanford-Forscher berichten, dass Sie gefunden haben, eine weniger invasive Art und Weise zu tun: injizierbare Nanopartikel wandeln die Schallwellen, die leicht in das Gehirn eindringen, in das Licht.
“Unsere Frage war, können wir beseitigen alle diese Implantate für die Bereitstellung von Licht? Unser Ansatz bietet eine viel weniger invasive alternative”, sagte Guosong Hong, assistant professor of materials science and engineering und Mitglied des Wu Tsai Neurowissenschaften Institut.
Entwickelt, die zum Teil an der Stanford, die optogenetik basiert auf der Idee, dass können die Wissenschaftler genetisch so zu verändern, – Zellen, wie Neuronen, um einige Ihrer Funktionen ein-und ausschalten mit sichtbarem Licht. Forscher haben verwendet dieses tool, um besser zu verstehen, wie Informationen fließen zwischen verschiedenen Regionen des Gehirns, die Untersuchung der Grundlagen des sozialen Verhaltens, der Wahrnehmung und Gedächtnis, und besser zu verstehen, neurologische Krankheiten wie Parkinson.
Die Herausforderung ist, dass selbst in den besten Fällen, die optogenetik Licht braucht, um zu arbeiten dringt nur in die obersten Schichten des Gehirns. Studium der tieferen Regionen des Gehirns erfordert die Licht-Bereitstellung von Implantaten, wie optische Fasern. Nicht nur sind diese Implantate invasive, Sie begrenzen Sie, wie viele Teile des Gehirns können die Forscher der Studie zu einer Zeit.
Eine weniger invasive alternative ist sonogenetics, das mittels Ultraschall-Wellen zu schalten Gene an und aus. Im Gegensatz zu Licht—, Schall -, insbesondere Ultraschall—dringen tief in Gewebe im gesamten Körper, einschließlich des Gehirns. Aber die Technik ist ganz neu, und bisher gibt es nur wenige Gene, die verändert werden können, werden, gesteuert durch Ultraschall.
Noch Hong und sein team dachte, Ultraschall hat das Potenzial, vor allem, wenn Sie könnte einen Weg finden, konvertieren von Ton in Licht—und es stellte sich heraus, es ist so eine Art und Weise, in der form von mechanoluminescent Materialien, wie Zink-Sulfid,, die Licht emittieren, wenn ein externer Druck aufgebracht wird. Durch Dotierung mit Zink-Sulfid-Nanopartikel mit Kobalt, Hong und sein team fanden konnten Sie Licht speichern Energie in die Nanopartikel und lösen Sie diese später mit Ultraschall. Weitere Dotierung der Partikel mit Silber abgestimmt, Sie lassen Sie nur die richtigen Wellenlängen des Lichts zu aktivieren optogenetically geändert Neuronen, unabhängig davon, wo diese Neuronen sind im Gehirn.
Mit diesen Fortschritten in der hand, zwei Hindernisse blieb. Zunächst musste das team um die Nanopartikel der Nähe der Neuronen im Gehirn, ohne invasive Implantate. Die zweite, Sie musste einen Weg finden, berechnen Sie, damit Sie bereit wären, zu release Licht, wenn Sie Ihr Ziel erreichten. Um beide Probleme lösen, Hong und sein team injizierten Ihren Nanopartikel in der Maus Blutgefäße, so dass die Nanopartikel wurden, fließt ständig durch den ganzen Körper—insbesondere im Gehirn und in der Haut. Wenn Nanopartikel, fließen durch die Haut, das team mit Gründen versehene, Licht dringt tief genug, um die Partikel. Im Gehirn, das Licht aus der Nanopartikel ist nahe genug, um zu aktivieren optogenetically modifizierte Nervenzellen.
Hong und Kollegen testeten diese Idee zuerst in einem künstlichen Kreislauf-system zu zeigen, Sie könnten sich die Nanopartikel zu Leuchten, wieder aufladen und erneut anzünden. Sie als Nächstes injiziert der gleichen Partikel in Mäusen, und die sorgfältig positioniert Sie unter einem Gerät, das hat der Ultraschall bei der motor-control-schaltungen in Ihrem Gehirn. Dann fand das team, die Sie erhalten konnten, Mäuse zu wackeln Ihre Beine einfach durch drehen auf dem Ultraschall.
Ein verbleibendes Problem, Hong sagte, ist Ihre Ultraschall-system-klein genug, um zu implementieren ein breiteres Spektrum von Experimenten. Ein weiteres Problem ist, dass die Nanopartikel selbst, während der Akku nur ein paar Stunden, bevor Sie gefiltert aus dem Blut, ein Leben lang hofft das team erweitern.
Aber wenn diese Probleme gelöst werden können, könnte dieses Konzept ermöglichen es den Forschern, Licht zu produzieren, Quellen jederzeit und überall im inneren des Körpers ohne invasive Implantate. Wenn das klappt, könnte es machen optogenetische Behandlungen für neurologische Erkrankungen, weniger invasive, Hong sagte, und vielleicht erweitern die Anwendungen von Licht-Therapie, ähnlich wie für die Behandlung bestimmter Arten von Hautkrebs, wie gut.
