Salk bilim insanları, memeli hücrelerini ultrason kullanılarak aktive edilecek şekilde tasarladılar. Takımın bir tabaktaki insan hücrelerini ve canlı farelerin içindeki beyin hücrelerini aktive etmek için kullandığı yöntem, derin beyin stimülasyonunun, kalp pillerinin ve insülin pompalarının invaziv olmayan versiyonlarına giden yolu açıyor. Bulgular Nature Communications'da 9 Şubat 2022'de yayınlandı.
Salk'ın Moleküler Nörobiyoloji Laboratuvarı'nda doçent olan kıdemli yazar Sreekanth Chalasani, “Kablosuz bir gelecek hemen hemen her şey için mümkün duruyor. Ultrason'ın güvenli olduğunu ve kemik, kas ve diğer dokulardan geçebileceğini, onu vücudun derinliklerindeki hücreleri manipüle etmek için nihai araç haline getirebileceğini zaten biliyoruz.” dedi.
Yaklaşık on yıl önce, Chalasani, genetik olarak işaretlenmiş belirli hücre gruplarını uyarmak için ultrasonik dalgalar kullanma fikrine öncülük etti ve bunu tanımlamak için "sonogenetik" terimini türetti. 2015 yılında grubu, yuvarlak solucan Caenorhabditis elegans'ta TRP-4 adlı bir proteinin hücreleri düşük frekanslı ultrasona duyarlı hale getirdiğini gösterdi. Araştırmacılar, genellikle sahip olmayan C. elegans nöronlarına TRP-4 eklediğinde, bu hücreleri bir ultrason patlaması ile aktive edebildiler - tıbbi sonogramlarda kullanılan ses dalgalarının aynısı. Ancak araştırmacılar memeli hücrelerine TRP-4 eklemeyi denediğinde, protein, hücrelerin ultrasona yanıt vermesini sağlayamadı. Birkaç memeli proteininin ultrasona duyarlı olduğu bildirildi, ancak hiçbiri klinik kullanım için ideal görünmüyordu. Böylece Chalasani ve meslektaşları, optimal ve güvenli bir frekans olarak kabul edilen 7 MHz'de hücreleri yüksek derecede ultrasona duyarlı hale getiren yeni bir memeli proteini aramaya koyuldular.
Salk'ta eski bir proje bilimcisi ve yeni makalenin ilk yazarlarından biri olan Yusuf Tufail, “Yaklaşımımız öncekilerden farklıydı çünkü kapsamlı bir şekilde ultrasona duyarlı kanalları aramaya koyulduk.” diyor.
Araştırmacılar, genellikle ultrasona yanıt vermeyen ortak bir insan araştırma hücre hattına (HEK) her seferinde bir tane olmak üzere yüzlerce farklı protein eklediler. Ardından, her hücre kültürünü, ultrason uyarımı üzerine hücrelerdeki değişiklikleri izlemelerine izin veren bir düzene koydular. Bir yıldan fazla süredir proteinleri taradıktan ve yaklaşık 300 aday üzerinde çalıştıktan sonra, bilim insanları sonunda HEK hücrelerini 7 MHz ultrason frekansına duyarlı hale getiren bir tane buldular. Bir kanal proteini olan TRPA1'in, hücrelerin zararlı bileşiklerin varlığına tepki vermesine ve beyin - kalp hücreleri de dahil olmak üzere insan vücudundaki bir dizi hücreyi aktive etmesine izin verdiği biliniyordu. Ancak Chalasani'nin ekibi, kanalın HEK hücrelerinde ultrasona yanıt olarak da açıldığını keşfetti.
Makalenin ilk yazarlarından biri olan, Salk değişim öğrencisi Marc Duque, “Gerçekten şaşırdık. TRPA1, literatürde iyi çalışılmıştır, ancak ultrasona yanıt vermeyi bekleyeceğiniz klasik mekanik duyarlı bir protein olarak tanımlanmamıştır.” diyor.
Kanalın ultrasona yanıt olarak diğer hücre tiplerini aktive edip edemediğini test etmek için ekip, insan TRPA1 genlerini canlı farelerin beyinlerindeki belirli bir nöron grubuna eklerken bir gen terapisi yaklaşımı kullandı. Daha sonra farelere ultrason uyguladıklarında, sadece TRPA1 genlerine sahip nöronlar aktive edildi.
Parkinson hastalığı ve epilepsi gibi durumları tedavi eden klinisyenler şu anda belirli nöron alt kümelerini aktive etmek için beyine elektrotların cerrahi olarak implante edilmesini içeren derin beyin stimülasyonu kullanıyor. Chalasani, bir gün sonogenetiğin bu yaklaşımın yerini alabileceğini söylüyor.
Salk'ın Moleküler Nörobiyoloji Laboratuvarı'nda doçent olan kıdemli yazar Sreekanth Chalasani, “Kablosuz bir gelecek hemen hemen her şey için mümkün duruyor. Ultrason'ın güvenli olduğunu ve kemik, kas ve diğer dokulardan geçebileceğini, onu vücudun derinliklerindeki hücreleri manipüle etmek için nihai araç haline getirebileceğini zaten biliyoruz.” dedi.
Yaklaşık on yıl önce, Chalasani, genetik olarak işaretlenmiş belirli hücre gruplarını uyarmak için ultrasonik dalgalar kullanma fikrine öncülük etti ve bunu tanımlamak için "sonogenetik" terimini türetti. 2015 yılında grubu, yuvarlak solucan Caenorhabditis elegans'ta TRP-4 adlı bir proteinin hücreleri düşük frekanslı ultrasona duyarlı hale getirdiğini gösterdi. Araştırmacılar, genellikle sahip olmayan C. elegans nöronlarına TRP-4 eklediğinde, bu hücreleri bir ultrason patlaması ile aktive edebildiler - tıbbi sonogramlarda kullanılan ses dalgalarının aynısı. Ancak araştırmacılar memeli hücrelerine TRP-4 eklemeyi denediğinde, protein, hücrelerin ultrasona yanıt vermesini sağlayamadı. Birkaç memeli proteininin ultrasona duyarlı olduğu bildirildi, ancak hiçbiri klinik kullanım için ideal görünmüyordu. Böylece Chalasani ve meslektaşları, optimal ve güvenli bir frekans olarak kabul edilen 7 MHz'de hücreleri yüksek derecede ultrasona duyarlı hale getiren yeni bir memeli proteini aramaya koyuldular.
Salk'ta eski bir proje bilimcisi ve yeni makalenin ilk yazarlarından biri olan Yusuf Tufail, “Yaklaşımımız öncekilerden farklıydı çünkü kapsamlı bir şekilde ultrasona duyarlı kanalları aramaya koyulduk.” diyor.
Araştırmacılar, genellikle ultrasona yanıt vermeyen ortak bir insan araştırma hücre hattına (HEK) her seferinde bir tane olmak üzere yüzlerce farklı protein eklediler. Ardından, her hücre kültürünü, ultrason uyarımı üzerine hücrelerdeki değişiklikleri izlemelerine izin veren bir düzene koydular. Bir yıldan fazla süredir proteinleri taradıktan ve yaklaşık 300 aday üzerinde çalıştıktan sonra, bilim insanları sonunda HEK hücrelerini 7 MHz ultrason frekansına duyarlı hale getiren bir tane buldular. Bir kanal proteini olan TRPA1'in, hücrelerin zararlı bileşiklerin varlığına tepki vermesine ve beyin - kalp hücreleri de dahil olmak üzere insan vücudundaki bir dizi hücreyi aktive etmesine izin verdiği biliniyordu. Ancak Chalasani'nin ekibi, kanalın HEK hücrelerinde ultrasona yanıt olarak da açıldığını keşfetti.
Makalenin ilk yazarlarından biri olan, Salk değişim öğrencisi Marc Duque, “Gerçekten şaşırdık. TRPA1, literatürde iyi çalışılmıştır, ancak ultrasona yanıt vermeyi bekleyeceğiniz klasik mekanik duyarlı bir protein olarak tanımlanmamıştır.” diyor.
Kanalın ultrasona yanıt olarak diğer hücre tiplerini aktive edip edemediğini test etmek için ekip, insan TRPA1 genlerini canlı farelerin beyinlerindeki belirli bir nöron grubuna eklerken bir gen terapisi yaklaşımı kullandı. Daha sonra farelere ultrason uyguladıklarında, sadece TRPA1 genlerine sahip nöronlar aktive edildi.
Parkinson hastalığı ve epilepsi gibi durumları tedavi eden klinisyenler şu anda belirli nöron alt kümelerini aktive etmek için beyine elektrotların cerrahi olarak implante edilmesini içeren derin beyin stimülasyonu kullanıyor. Chalasani, bir gün sonogenetiğin bu yaklaşımın yerini alabileceğini söylüyor.
Kaynak
Bu rehber yardımcı oldu mu?
DoktorClub’da Keşfet
