Оптогенетика представляет собой метод контроля и исследования работы нервных клеток, который заключается во внедрении в мембрану нейронов светочувствительных рецепторов — опсинов, позволяющих манипулировать нейрональной активностью (ингибирование или активация), при помощи воздействия световых импульсов определенной длинны волны.
Возможность управлять электрической активностью нейронов при помощи опсинов впервые была показана в 2005 г. группой исследователей под руководством профессора биоинженерии и психиатрии Карла Диссерота (Karl Deisseroth). Суть метода заключалась в том, что при доставке гена опсина с помощью методов генной инженерии в нейрон на плазматической мембране образуются светочувствительные ионные каналы, в результате чего нервная клетка становится светочувствительной. Световые импульсы поступают к целевым нейронам по оптоволоконному кабелю, непосредственно связанному с мозгом, с последующим ингибированием или инициированием электрической активности нервных клеток, в зависимости от определенной длинны волны. Однако использование такого оптоволоконного кабеля налагало определенные неудобства и ограничения при проведении исследований, что значительно затрудняло интерпретацию полученных данных.
За последующие несколько лет проведен еще ряд исследований, позволивших доработать данную методику и доказать ее применимость в различных экспериментальных условиях. Так, согласно результатам исследования, опубликованным в журнале «Nature Methods», специалистами Стэнфордского университета (Stanford University), США, представлена инновационная разработка беспроводного воздействия на генетически модифицированные нервные клетки. Устройство, осуществляющее данное воздействие, представляет собой миниатюрный светодиодный имплантат размером с перчинку (20 мг, 10 мм3). При помещении в специальную электромагнитную камеру тело подопытного животного становится своеобразным передатчиком энергии от распределительной ячеистой решетки в верхних отделах камеры к размещенному подкожно светодиодному имплантату. При этом электромагнитная катушка, находящаяся в имплантате, получает необходимое количество энергии для последующей стимуляции световыми импульсами целевых групп нейронов. В ходе исследования воздействие световых импульсов определенной длины волны заставляло подопытное животное двигаться по кругу, а при выключении устройства наблюдалось его естественное поведение.
Как отмечают ученые, новая технология позволит дать объективную оценку результатам последующих исследований в связи с отсутствием каких-либо ограничений или вмешательств в естественное поведение подопытных животных при оптогенетической стимуляции. В конечном счете это поможет решить основную задачу, поставленную перед оптогенетикой — с помощью светодиодных имплантатов достичь эффекта полного замещения поврежденных участков головного и спинного мозга, восстановив их функционирование до исходного уровня.
- Lam P. (2015) Novel wireless implant successfully simulates nerves. Medical News Today, August 19 (http://www.medicalnewstoday.com/articles/298355.php).
- Poon A.S., Montgomery K.L., Yeh A.J. et al. (2015) Wirelessly powered, fully internal optogenetics for brain, spinal and peripheral circuits in mice. Nature Methods, 17 August [Epub ahead of print].
Сергей Боровик
