Магнитогенетическая стимуляция позволяет активировать и ингибировать нейроны

Нейромодуляция — перспективный метод лечения пациентов с нарушениями работы нейронных связей, например, болезнью Паркинсона, а также для изучения регуляции поведения животных. Она позволяет активировать или ингибировать отдельные популяции нейронов. На данный момент существуют различные способы нейромодуляции, однако у каждого из них есть свои недостатки. Так, глубокая стимуляция мозга (DBS) и оптогенетика требуют инвазивных процедур для установки источника стимуляции, а хемогенетика сильно зависит от времени распространения препарата. Известно, что передача сигналов между нейронами происходит при непосредственном участии ионов кальция, поэтому нейромодуляция с использованием ионных кальциевых каналов — один из первых вариантов, которые приходят в голову.

Опубликованная в Science Advances статья посвящена использованию магнитных полей для нейромодуляции. Транскраниальная магнитная стимуляция уже зарекомендовала себя как эффективный метод, но теперь ученые решили усилить ее воздействие и сделать его более направленным.

Для активации нейронов авторы применили гибридный белок — кальциевый канал TRPV1, также известный как рецептор капсаицина, слитый с наноантителами к ферритину. Они выбрали среди прочих каналов именно TRPV1, так как он менее других чувствителен к температурным и осмотическим изменениям, что снижает вероятность неспецифической активации. Конструкт доставляли в клетки с помощью аденоассоциированного вирусного вектора.

Чтобы убедиться, что выбранные для эксперимента наноантитела повышают уровень внутриклеточного кальция, авторы проверили их эффект in vitro на клетках HEK293T. Воздействие осциллирующего магнитного поля (465 кГц, 30 мТл) значительно увеличивало выработку репортера — кальций-зависимой щелочной фосфатазы. В клетках мышиных нейробластов Neuro2A, куда ввели конструкт, воздействие магнитного поля также повышало уровень кальция.

Для оценки действия in vivo вектор вводили с помощью билатеральной инъекции в дорсальную часть полосатого тела мышей. При болезни паркинсона наблюдается активность непрямых шипиковых проекционных нейронов (iSPN), расположенных в полосатом теле. Воздействие магнитного поля ингибировало активность нейронов у трансгенных животных. Кроме того, находящиеся под действием магнитного поля генномодифицированные мыши замирали и оставались почти всегда на одном месте, а мыши дикого типа свободно двиглись по камере. Такой эффект замирания наблюдался при использовании как МРТ-аппарата, так и транскраниальной магнитной стимуляции.

Авторы подчеркивают, что ингибирующая магнетогенетическая система может сыграть важную роль в лечении болезни Паркинсона, где она подавляла бы аномальную активность некоторых нейронов. При этом фоновые магнитные поля, встречающиеся в быту, окажутся слишком слабыми, чтобы вызвать нежелательную активацию системы.

Таким образом, исследование показало, что нейромодуляцию за счет воздействия магнитного поля можно направленно использовать для активации и ингибирования нейронов.