Beyin dalgalarını modüle etmek için ışık uyarımı kullanan sistem

Araştırmacılar, beyin dalgalarını modüle etmek için ışık uyarımı kullanan bir sistem geliştirdiler. Bu, epilepsi, Parkinson ve migren gibi durumların olası tedavisini araştırmak için yeni yollar açar.

Ekip, ışığı doğrudan beynin içine iletmek için beynin içine yerleştirilen LED’ler içeren küçük bir implant tasarladı. Bu arada, beyindeki hücreler, bir gen terapisi kullanılarak, onları ışığa duyarlı hale getirmek için değiştirildi.

Bugün yayınlanan gazetede Doğa Biyomedikal MühendisliğiCANDO ekibi (Optogenetik ile Anormal Ağ Dinamiklerini Kontrol Etmek), teknolojilerinin epileptik nöbetlere benzeyen anormal beyin dalgalarını başarılı bir şekilde bastırdığını gösteriyor.

Bu kapalı döngü optik nörostimülasyon tekniği, nörolojik bozuklukların tedavisine uygulanabilir olabilir ve ayrıca dikkat ve uyuşukluk durumlarını değiştirmek için etkileri vardır.

İlke araştırmasının kanıtı, bilgisayar modelinde, fare beyni dilimlerinde ve anestezi uygulanmış iki primatta test edildi.

Bozulmuş beyin dalgalarına karşı koymak

Beyinde, sinir hücreleri ritmik aktivite veya “beyin dalgaları” üretir. Birçok nörolojik hastalıkta bu ritimler bozulur ve anormal aktivite kalıpları oluşur. Örneğin, epilepside anormal aktivite genellikle küçük bir “odak”ta lokalize olabilir ve daha sonra yayılarak nöbete neden olur.

Araştırmada, bazı beyin hücreleri, optogenetik olarak bilinen ışığa duyarlı hale getirmek için bir gen terapisi kullanılarak değiştirildi. İmplant daha sonra elektrotlar aracılığıyla beyin dalgalarını sürekli olarak izledi ve LED’leri etkinleştirerek tam zamanlı stimülasyon sağladı.

Işık, hassas elektriksel kayıtlara müdahale etmediğinden, araştırma ekibi, sürekli bir geri bildirimde tam olarak zamanlanmış ışığın beyne iletilmesini kontrol ederek, aktivite kalıplarının sürekli olarak izlendiği bir beyin aktivitesinin “kapalı döngü” kontrolünü geliştirebildi. döngü. Newcastle Üniversitesi Biyolojik Bilimler Enstitüsü’nden araştırmayı yöneten Profesör Andy Jackson şöyle açıklıyor: “Biraz bir salınımı kendi yayının farklı noktalarında itmeye benzer, kapalı döngü sistemi beyin dalgalarını artırmamıza veya bastırmamıza izin verdi.”

Bu yöntemle ekip, anormal bir beyin dalgası modelinin yoğunluğunu modüle edebildi, başka bir deyişle, bir nöbetin şiddetini azaltabildi.

Profesör Jackson, “İnsan olmayan bir primatta yerel beyin aktivitesinin etkili modülasyonunun implante edilmiş LED’ler kullanılarak elde edilebileceğini gösterebildik.

“Beyindeki anormal aktiviteyi modüle etmek için küçük bir implant kullanmak, olası bir alternatif tedaviye yol açtığı için bu önemli bir gelişme.

“Projemiz epilepsiye odaklanırken, bu gelişme, Alzheimer ve Parkinson hastalığı gibi diğer bozuklukları anlamada ve tedavi etmede yararlı olabilecek belirli frekanslarda beyin dalgalarını artırmak veya bastırmak için bir yöntem sağlıyor.”

optogenetik

Optogenetik, opsin adı verilen, doğal olarak oluşan ışığa duyarlı proteinleri içeren bir tür gen tedavisidir. Her canlı türünde bulunabilen bu proteinler, ışıkla aydınlatıldıklarında şekil değiştirirler. Aslında görmemizi sağlayan, gözümüzdeki opsinlerdir.

Pek çok opsin türü vardır ve bazıları hücre içi ve dışı arasında kanallar veya pompalar oluşturur. Bu opsinler üzerinde parlayan ışık, yüklü atomların veya iyonların hücrelere girip çıkmasına neden olur. Yüklü iyonların akışı, beyin hücrelerinin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunda önemli bir rol oynayan elektrik akımları üretir. Opsinler, iletişimi açmak veya kapatmak için kullanılabilir ve böylece beyin aktivitesi modellerini etkiler.

Gözlerimizdeki opsinler görmemize izin verse de, beyinde doğal olarak oluşmazlar. Opsinleri epilepsiyi tedavi etmek için kullanmak için, onları beyindeki belirli hücrelere güvenli bir şekilde sokmanın bir yoluna ihtiyacımız var. Bu artık gen terapisi teknolojisi ile mümkün.

Gen tedavisi

1966 gibi erken bir tarihte bilim adamları, virüslerin genlerin hücrelere taşınmasında faydalı olabilecek özelliklere sahip olduğunu fark ettiler. Bir virüs, çoğalmak için başka bir canlı hücreye ihtiyaç duyan küçük bir bulaşıcı ajandır. Virüsler hücrelere girer ve hücrenin kendi makinelerine kendisinin yeni kopyalarını yapma talimatı vererek enfeksiyonun yayılmasına neden olur.

Buna karşılık, bir gen terapisindeki modifiye edilmiş viral vektör, opsinler gibi faydalı proteinlerin kopyalarını yapar. Bunu, hücreye opsin yapma talimatlarını içeren yeni bir genetik kod parçası sokarak yapar. Daha da önemlisi, bu kod daha fazla virüs yapmak için talimatlar içermez ve bu nedenle viral vektör bulaşıcı değildir ve yayılamaz. Ayrıca sadece beyin hücrelerine yerleştirilen genetik materyal, gelecekteki hiçbir çocuğa aktarılmaz.

Optogenetik gen tedavileri, insanlarda körlük için potansiyel bir tedavi olarak göze iletilerek denenmektedir. Ancak herhangi bir optogenetik tedavi insan beyninde test edilmeden önce, viral vektör ve opsin proteinlerinin zararlı olmadığını kanıtlamak çok önemlidir ve CANDO ekibi kemirgenler üzerinde yaptıkları mevcut araştırmalarında uzun vadeli güvenliğe bakmaya devam etmektedir.

---