Ada beberapa keberhasilan dalam penggunaan perangkat stimulasi otak dalam dalam pengobatan gangguan neurologis seperti penyakit Parkinson dan epilepsi, namun hal ini memerlukan implan bedah yang invasif dan mahal. Sekarang para insinyur yang didanai oleh Institut Nasional Pencitraan Biomedis dan Bioteknologi (NIBIB) telah merancang sistem untuk mengontrol aktivitas motorik di otak tanpa implantasi perangkat bedah, sebuah langkah pertama menuju terapi stimulasi otak spesifik sel non-invasif.
Tim peneliti, yang dipimpin oleh Hong Chen, Ph.D., profesor teknik biomedis di McKelvey School of Engineering dan onkologi radiasi di School of Medicine di Washington University di St. Louis, telah menggabungkan suara, panas, dan genetika untuk menciptakan metode non-invasif, non-invasif, non-invasif. Sistem invasif ini mampu merangsang jenis sel tertentu jauh di dalam otak.
Ultrasonografi terfokus (FUS) secara non-invasif mengaktifkan reseptor TRPV1 untuk mengaktifkan neuron tikus tertentu. Ketika FUS menghubungi TRPV1 pada permukaan sel otak tikus, sedikit peningkatan panas membuka reseptor, memungkinkan masuknya ion kalsium yang merangsang neuron. Kredit: Chen Ultrasound Lab, Universitas Washington di St. Louis.
Dia menamakan pendekatan ini sonothermogenetics.
“Sono” mengacu pada bagian teknologi USG. Ini memanfaatkan kemampuan USG terfokus untuk menembus jauh ke dalam otak, namun hanya berdampak pada area kecil sel otak yang ditargetkan. “Termo” mengacu pada sejumlah kecil panas yang dihasilkan ketika USG mencapai targetnya. Genetika mengacu pada fakta bahwa tim menggunakan gen yang mengkode protein yang dapat dihidupkan dan dimatikan dengan sejumlah kecil panas yang dihasilkan oleh USG terfokus.
“Pendekatan teknik ini dapat membantu mengatasi masalah kesehatan masyarakat yang ditimbulkan oleh meningkatnya jumlah individu yang terkena gangguan neurologis di seluruh dunia dengan memberikan pilihan pengobatan non-invasif kepada pasien,” kata Randy King, PhD, direktur Program NIBIB dalam Intervensi Ultrasound.
Pekerjaan ini dimungkinkan oleh kombinasi USG dan saluran ion permukaan sel peka panas yang disebut TRPV1. Pengujian dalam kultur sel telah memastikan bahwa ketika TRPV1 berada di permukaan sel, perawatan ultrasonografi meningkatkan suhu hanya 4-5 derajat, yang mengaktifkan saluran ion TRPV1.
Kelompok tersebut kemudian menguji sistem mereka pada tikus. Mereka menggunakan vektor virus yang membawa gen TRPV1 untuk mengirimkan saluran ion peka panas ke striatum di otak tikus. Striatum dipilih karena merupakan area otak yang mengontrol gerakan motorik.
Setelah ini, USG terfokus dikirim ke striatum. Ketika USG terfokus diaktifkan, saluran TRPV1 diaktifkan, dan tikus berulang kali berputar-putar hingga USG dimatikan. Tidak ada perubahan aktivitas pada tikus yang diobati dengan USG yang tidak terinfeksi vektor virus dan oleh karena itu tidak memiliki gen TRPV1 di neuron striatum. Hasilnya menegaskan bahwa menginfeksi jenis sel saraf yang diinginkan dengan gen TRPV1 yang sensitif terhadap panas memungkinkan para peneliti mempengaruhi aktivitas sel otak yang diinginkan dengan USG terfokus.
Tim peneliti sekarang berupaya untuk meningkatkan soothermogenetika dari tikus ke model hewan yang lebih besar. Sebagai bukti konsep potensi penggunaannya pada manusia, tim telah mulai bekerja menggunakan sistem sonothermogenetic untuk mengontrol pergerakan mata pada primata non-manusia.
“Masih jauh bagi kita untuk membawa teknologi ini ke manusia karena melibatkan rekayasa gen untuk memodifikasi neuron di otak,” jelas Hong tentang potensi teknologi soothermogenetic. “Tetapi kami yakin bahwa setelah kami mengatasi semua rintangan dan menerapkan teknologi ini di klinik, hal ini akan menjadi terobosan dalam terapi generasi berikutnya untuk mengobati penyakit sistem saraf pusat seperti Parkinson, depresi, dan epilepsi.” peran.”
Hasil penelitiannya dipublikasikan di jurnal Brain Stimulation (1).
Pekerjaan ini didukung oleh Inisiatif Otak Institut Kesehatan Nasional (NIH) (R01MH116981) dan NIBIB (R01EB027223 dan R01EB030102) dan Inti Vektor Viral Pusat Harapan di Fakultas Kedokteran Universitas Washington.
1. Soothermogenetics untuk neuromodulasi otak dalam non-invasif dan spesifik tipe sel. Yang Y, Pacia CP, Ye D, Zhu L, Beck H, Yu Y, Yuan J, Miller MJ, Cui J, Culver JP, Bruchas MR, Chen H. Stimulasi otak. 2021 Juli-Agustus;14(4):790-800. doi:10.1016/j.brs.2021.04.021.
Dilansir dari dan telah tayang di: https://agenbrilink.net/berita/denyut-soothermogenetic-mengontrol-perilaku-tikus/21240/