Биоинженеры научились контролировать мускулы светом (28.09.2010)

Авторы метода полагают, что он пригодится при моделировании на животных нервно-мышечных расстройств, вызванных инсультами, травмами и так далее (фото Michael E Llewellyn et al./Nature Medicine).

Новый эксперимент – яркий успех молодой технологии оптогенетики, ставящей целью управлять биологическими процессами in vivo с помощью импульсов излучения. О своём достижении рассказали Карл Дейзерот (Karl Deisseroth), Скотт Делп (Scott Delp) и их коллеги из Стэнфорда.

Исследователи внедрили в клетки нервной системы мыши ген от водорослей, кодирующий выработку светочувствительного белка channelrhodopsin-2 (на фото под заголовком он показан зелёным). Когда на него попадает синий свет, белок инициирует электрическую активность в клетке, и этот импульс распространяется по нервным волокнам дальше.

Авторы опыта создали микроскопические светодиодные манжеты-имплантаты (на нижнем рисунке — справа), которые закрепили на седалищном нерве животного. Слева показано смоделированное поперечное сечение нерва (белый кружок) и падающий поток света (его интенсивность отражена на рисунке красным и жёлтым). При включении света наблюдалось сокращение мышц ног, причём наиболее естественным образом.

В мышцах существует два типа волокон. Маленькие и медленные, отвечающие за тонкий контроль движений и работу с длительными нагрузками, и крупные (быстрые и сильные), которые устают намного раньше медленных. При традиционной электростимуляции первыми реагируют быстрые волокна, и это идёт вразрез с естественным ходом вещей.

С оптогенетическим выключателем порядок подключения волокон оказался природным: медленные срабатывали первыми, быстрые — вторыми. Меняя интенсивность света, оказалось возможным включать вообще только лишь медленные волокна — трюк, невозможный при электростимуляции. (Подробности раскрывает статья в Nature Medicine.)

Возможно, технологию удастся распространить и на человека. Имплантация светодиодов не должна оказаться проблемой. Тут главное другое: необходимо подобрать оптимальный путь внедрения трансгенов в нервные клетки, не вызывающий опасных побочных эффектов. (Читайте о том, как лазерный луч управлял биением сердца эмбриона и заставил клеткиследовать за собой.)

MEMBRANA