超聲波首次成功控制哺乳動物腦細(xì)胞

美國索爾克研究所的科學(xué)家在9日出版的《自然·通訊》雜志上發(fā)表論文稱，他們對培養(yǎng)皿中的人類細(xì)胞和活小鼠的腦細(xì)胞進(jìn)行基因編輯，向其中添加通道蛋白TRPA1，首次用超聲波激活了這些細(xì)胞。這種新方法為實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)性腦深部刺激，開發(fā)體外起搏器和胰島素泵鋪平了道路，有望更好地治療癲癇、心臟病等疾病。

該研究負(fù)責(zé)人斯雷坎特·查拉薩尼說：“無線通信是未來。我們已經(jīng)知道超聲波可以安全地穿透骨骼、肌肉和其他組織，這使其成為操縱身體內(nèi)部細(xì)胞的終極工具。”

約十年前，查拉薩尼開創(chuàng)了利用超聲波刺激特定遺傳標(biāo)記細(xì)胞群的方法，即“聲遺傳學(xué)”。2015年，他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將TRP-4添加到通常不擁有這種蛋白的秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)元內(nèi)以后，可以通過超聲波激活這些細(xì)胞。但他們向哺乳動物細(xì)胞中添加TRP-4時，卻無法獲得相同的結(jié)果。

因此，他們開始尋找新的哺乳動物蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)可使哺乳動物的細(xì)胞在7兆赫（被認(rèn)為是一種最佳且安全的頻率）的頻率下對超聲波高度敏感。在篩選了近300個候選蛋白后，他們終于找到了TRPA1。TRPA1是一種通道蛋白，已知可以讓細(xì)胞對有毒化合物的存在做出反應(yīng)，并激活人體內(nèi)的一系列細(xì)胞，包括大腦和心臟細(xì)胞。

為測試超聲波能否讓TRPA1激活其他類型的細(xì)胞，團(tuán)隊(duì)將人類TRPA1的基因添加到活小鼠大腦中的一組特定神經(jīng)元中，當(dāng)他們對小鼠照射超聲波時，只有包含TRPA1基因的神經(jīng)元被激活。

臨床醫(yī)生現(xiàn)在使用的腦深部刺激是通過手術(shù)在患者大腦中植入電極來激活某些神經(jīng)元亞群，從而治療帕金森病和癲癇等疾病。查拉薩尼說，有朝一日，聲遺傳學(xué)可能會取代這種方法。聲遺傳學(xué)或許也可作為一種不需要植入的起搏器來激活心臟細(xì)胞。