נוירונים עם אוזניים 27.09.2015

מדעני מוח משתמשים לעתים קרובות בשיטות אופטוגנטיות, שבהן נוירונים במוח של עכבר נבדק מופעלים על ידי אור. לנוירון מסופק חלבון ממברנה רגיש לאור, אשר בפעולת האור פותח תעלות יונים בממברנה; חלוקה מחדש של יונים בין הצדדים הפנימיים והחיצוניים של הממברנה מייצרת דחף עצבי. ניתן "להוליך" אור אל המוח בעזרת מנחה אור סיבים אופטיים, עד לגן לחלבון רגיש לאור, ואז טריקים של הנדסה גנטית באים להצלה. אופטוגנטיקה מאפשרת לך לשלוט באופן סלקטיבי בקבוצות מוגדרות בבירור של נוירונים, מה שכמובן נותן לנו מידע רב על העבודה של מעגלי עצב בודדים ואזורים שלמים במוח.

אבל האור הוא לא המתג היחיד שאפשר להשתמש בו. חוקרים מאוניברסיטת סאלק יצרו שיטה סונוגנטית חלופית, הקרויה על שם השיטה האופטוגנטית. לפי השם, אפשר להבין שכאן אנחנו מדברים על סאונד, או ליתר דיוק, על אולטרסאונד, שמפעיל דחף עצבי. אולטרסאונד גורם לרעידות מכניות, כלומר, נוירונים זקוקים לתעלת יונים שנפתחת ונסגרת בתגובה לגירוי מכני. סטיוארט איבסן ועמיתיו השתמשו ב-TRP-4 כערוץ כזה, והפעילו את הגן שלו בתאי עצב שונים של התולעת העגולה, הנמטודה Caenorhabditis elegans.

כדי שהאות האולטראסוני יפעל, הוא הועבר לא דרך האוויר, אלא דרך מים, שבהם טבלו כלים עם תולעים. לשיפור נוסף נוספה גם תמיסת שומנים: לאחר הסרת הממס, הליפידים יצרו שכבה של מיקרו-בועות, ששימשו מהודים נוספים. בעזרת דחפי קול קצרים ניתן היה לגרום לתולעים הזוחלות בחופשיות לשנות את כיוון התנועה או לווסת את תדירות ההתכווצויות של הגוף. ההשפעה הספציפית הייתה תלויה באילו נוירונים מצוידים ב"אוזניים" - חלבון הממברנה המכנו-רגיש TRP-4. כשלעצמו, הוא שייך לגנום של הנמטודה, כך שאם תנסו לעשות את אותו הדבר בעכברים או חולדות, תצטרכו קודם כל לברר כיצד יתנהג TRP-4 באורגניזם לא קשור לחלוטין. עם זאת, על פי מחברי העבודה, למטרות אלה, אפשר לנסות לשנות את החלבון עצמו, להגביר את היעילות והתאימות שלו לתאים זרים, או למצוא אנלוגים טבעיים אחרים. תוצאות הניסוי מתפרסמות ב-Nature Communications.

היתרון של הסונוגנטיקה הוא שאין צורך בהחדרת מנחה קול לגוף - רעידות אולטרסאונד מגיעות לנוירונים מבחוץ. (עם זאת, ראוי לציין שאופציות הופיעו באופטוגנטיקה כאשר החוקרים מוגבלים לקרינת אור חיצונית עם חדירות מוגברת, וחלבונים רגישים לאור בנוירונים מגיבים לאות המגיע אליהם דרך עובי הרקמות.) בנוסף, המחברים של השיטה החדשה מציעים שימוש בסאונד רב-ערוצי כך שנוירונים שונים "ישמעו" משהו משלהם, וכתוצאה מכך, ניתן יהיה לצפות מיד בעבודתם של מספר מעגלי עצב.

בעבר כבר הופיעו עבודות שהוקדשו להשפעה המעוררת של אולטרסאונד על מוחם של בעלי חיים ובני אדם; וסוני אפילו רשמה פטנט על טכניקה שתאפשר לגיימרים להריח, לטעום ולשמוע צלילים, הכל הודות לגירוי קול. במקרה של סונוגנטיקה, אנחנו מדברים על ההשפעה הספציפית ביותר, המתמקדת בתאי עצב בודדים, עם זאת, בשל המניפולציות ההנדסיות הגנטיות ההכרחיות, אין סיכוי ששיטה זו תשמש אי פעם על בני אדם.