В недавнем исследовании сообщается об успешной разработке новой методики, названной магнитотермической стимуляцией. По словам авторов, указанный метод обеспечивает генетически и пространственно ориентированную активацию глубоких структур головного мозга без необходимости хирургической имплантации. Технология предоставляет нейрофизиологам новый инструмент исследовательской деятельности, позволяющий дистанционно и минимально инвазивно стимулировать активность определенных нейронных структур в процессе изучения влияния таких воздействий на физиологию мозга.
Руководитель исследования Арнд Пралле (Arnd Pralle), профессор физики Колледжа искусств и наук Университета Буффало (College of Arts and Sciences, University at Buffalo), США, отметил, что разработанную авторским коллективом технику можно рассматривать в качестве одного из фрагментов ныне проводимых масштабных исследований возможностей картирования нейронных схем, контролирующих поведение и эмоции. Понимание особенностей функционирования головного мозга, в частности взаимно направленных влияний тех или иных его структур и эффекты подобного взаимодействия на функции контроля поведенческих реакций, по мнению авторов, может служить ключом к разработке методов лечения заболеваний, связанных с травмой или сбоем функций определенных групп нейронов. К подобной категории расстройств могут быть причислены травматические повреждения головного мозга, болезнь Паркинсона, дистония и периферический паралич. Кроме того, новая технологическая разработка, представленная командой А. Пралле, потенциально также может быть адаптирована к применению в терапевтической практике при лечении пациентов с эпилепсией и депрессией непосредственно через стимуляцию мозга. Статья, в которой авторы представили основные положения и результаты исследования, опубликована в издании «eLife» 15 августа 2017 г.
Методика, получившая название магнитотермической стимуляции, предполагает использование магнитных наночастиц для стимуляции нейронов, оснащенных температурно-чувствительными ионными каналами. Таким образом, активация нейронов происходит при условии термической инициации наночастиц внешним магнитным полем, стимулируя открытие ионных каналов. В ходе исследования, проводимого на лабораторных мышах, коллективу ученых удалось наблюдать активацию трех отдельных областей головного мозга животных, что способствовало вызову специфических двигательных функций. В данной технологии сочетается применение генно-инженерных методов (на этапе введения выбранной последовательности ДНК в целевые нейроны для инициации формирования ионного канала) с последующим внедрением в заданную область мозга магнитных наночастиц из ядра кобальта-феррита, окруженного марганцево-ферритовой оболочкой.
В течение последнего десятилетия коллективом ученых под руководством А. Пралле достижения в сфере применения магнитотермической стимуляции описаны в работах, демонстрирующих возможности активации нейронов в экспериментах in vitro, а также в управлении поведенческих реакций Caenorhabditis elegans. По словам авторов разработки, магнитотермическая стимуляция имеет некоторые преимущества по сравнению с другими методами глубокой стимуляции мозга. Так, в известных оптогенетических технологиях вместо магнитного поля и тепловой энергии применяется световая стимуляция клеток. Однако методы оптогенетики, как правило, требуют имплантации в структуры мозга оптоволоконных структур, тогда как магнитотермическая стимуляция осуществляется дистанционно, что качественно подчеркивает меньшую инвазивность вмешательства. Кроме того, в ходе проведенных экспериментов было отмечено, что даже после многократной стимуляции мозга лабораторных мышей с применением магнитотермической технологии оценка функций целевых нейронов доступными методами не выявляла никаких признаков повреждения. Перспективой исследования авторы проекта видят изучение применения магнитотермической стимуляции центральных нервных структур в регуляции функциональной активности нескольких областей мозга одновременно.
- Munshi R., Qadri Sh.M., Zhang Q. et al. (2017) Magneto-thermal genetic deep brain stimulation of motor behaviors in awake, freely moving mice. eLife, Aug. 15 (https://elifesciences.org/articles/27069).
- University at Buffalo (2017) Scientists use magnetic fields to remotely stimulate brain — and control body movements. ScienceDaily, Aug. 16 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170816134658.htm).
Наталья Савельева-Кулик
