Японские исследователи успешно продемонстрировали технологию оптогенетики на нечеловекообразных обезьянах. Ученые показали, что с помощью нее можно также успешно изучать функции отдельных регионов мозга и у приматов, что ранее не получалось. Подробности работы опубликованы в журнале Nature Communications. Рассказываем о работе и показываем видео.
Метод оптогенетики в прямом смысле слова изменил нейробиологию и дал возможности для внушительного рывка вперед в понимании работы отдельных областей мозга. С помощью вирусного вектора в нужные нейроны, которые становятся предметов изучения, встраиваются канальные белки, напоминающие фоторецепторы в сетчатке глаза. Они способны открываться под действием света определенной волны и впускать в клетку потоки ионов натрия, вызывая ее возбуждение и генерацию потенциала действия. Таким образом исследователи могут проанализировать, какие клетки какие функции выполняют.
Основными экспериментальными животными, на которых применяется метод, были и остаются грызуны, рыбки данио-рерио и некоторые другие организмы. Однако на эволюционной лестнице они стоят довольно далеко от человека, а для лучшего понимания работы человеческого мозга нужны организмы более близкие. Попытки применить оптогенетику на приматах ранее были, но их нельзя назвать успешными.
Очередной рывок в этом направлении попытались сделать японские исследователи из Национального института физиологических наук и Университета Тохоку в Японии. И группа, возглавляемая профессором Ацуши Намбу (Atsushi Nambu), значительно преуспела.
У этого есть несколько причин. Во-первых, ученые разработали адено-ассоциированный вирусный вектор, который крайне эффективно экспрессирует светочувствительный белок канальный родопсин 2 (ChR2). Этот вектор точечно ввели в область первичной моторной коры у макак, которая отвечает за контроль мышц рук.
Во-вторых, исследователи специально для эксперимента разработали инструмент, оптрод, который мог одновременно записывать активность нейронов коры мозга, генерировать световое излучение и отдельно производить электрические импульсы. Оптрод ввели интракортикально (в кору) и удостоверились, что встройка вирусного генома в клетки прошла успешно – вновь собранные белки канального родопсина встроились в мембраны нейронов, и они под воздействием даже небольших вспышек света (оптогенетическая интракортикальная микростимуляция, oICMS) генерировали длительные и повторяющиеся потенциалы действия. Наблюдающиеся при этом мышечные сокращения были абсолютно сопоставимы с теми, которые вызывались электрической стимуляцией.
Движение пальцами, Atsushi Nambu et al in Nature Communications 2020
Авторы работы считают, что это исследование разрушает препятствия для оптогенетических манипуляций с нейронной активностью и поведением у нечеловекообразных обезьян и расширяет горизонты нейробиологии. Ну а мы будем внимательно следить за дальнейшими публикациями в этом направлении.
Текст: Анна Хоружая
Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex by Atsushi Nambu et al in Nature Communications, volume 11, article number: 3253. Published June 2020.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16883-5
