Опубликованная в журнале Nature Medicine, команда ученых описывает успешное использование электромагнитных волн для включения выработки инсулина для снижения уровня сахара в крови у мышей с диабетом. Их система связывает естественную частицу, запасающую железо, ферритин, для активации ионного канала, называемого TRPV1, так что, когда металлическая частица подвергается воздействию радиоволны или магнитного поля, она открывает канал, что приводит к активации гена, продуцирующего инсулин.

Вместе эти два белка действуют как наномашина, которую можно использовать для запуска экспрессии генов в клетках.«Этот метод позволяет без проводов контролировать экспрессию генов у живого животного и потенциально может быть использован при таких состояниях, как гемофилия, для контроля выработки недостающего белка. Двумя ключевыми атрибутами являются то, что система генетически закодирована и может активировать клетки удаленно и быстро », — говорит Джеффри Фридман, профессор Мэрилин М. Симпсон, руководитель лаборатории молекулярной генетики в Рокфеллере. «Сейчас мы изучаем, можно ли использовать этот метод для управления нейронной активностью в качестве средства неинвазивной модуляции активности нейронных цепей». Фридман и его коллега по Ренсселеру Джонатан С. Дордик были старшими исследователями проекта.

Существуют и другие методы дистанционного контроля активности клеток или экспрессии генов у живых животных. Но у них есть ограничения. Системы, которые используют свет в качестве сигнала включения / выключения, требуют постоянных имплантатов или эффективны только вблизи кожи, а те, которые полагаются на лекарства, могут медленно включаться и выключаться.Новая система, получившая название «радиогенетика», использует сигнал, в данном случае низкочастотные радиоволны или магнитное поле, для нагрева или перемещения частиц ферритина.

Они, в свою очередь, вызывают открытие TRPV1, который расположен в мембране, окружающей клетку. Затем ионы кальция перемещаются по каналу, включая синтетический фрагмент ДНК, который ученые разработали, чтобы включить производство нижележащего гена, которым в этом исследовании был ген инсулина.В более раннем исследовании исследователи использовали только радиоволны в качестве сигнала включения, но в текущем исследовании они также проверили связанный сигнал — магнитное поле — для активации выработки инсулина. Они обнаружили, что он имеет такой же эффект, как и радиоволны.

«Использование магнитного поля, управляемого радиочастотой, является большим достижением в удаленной экспрессии генов, поскольку оно неинвазивно и легко адаптируется», — говорит Дордик, профессор химической и биологической инженерии Говарда П. Изерманна и вице-президент по исследованиям в компании. Ренсселер. «Вам не нужно ничего вставлять — ни проводов, ни световых систем — гены вводятся с помощью генной терапии. У вас может быть носимое устройство, которое создает магнитное поле для определенных частей тела, и его можно использовать в терапевтических целях. для многих болезней, включая нейродегенеративные заболевания. На данный момент это безгранично ».

Выбор в пользу производства инсулина был обусловлен оборудованием, которое они использовали для генерации радиоволн и магнитных полей. Поскольку катушка, которая генерирует эти сигналы, в настоящее время мала, т.е. диаметром всего три сантиметра, мышей необходимо было обезболить, чтобы они не двигались. Поскольку анестезия может подавлять выработку инсулина, гормона, который снижает уровень сахара в крови, Стэнли и ее коллеги разработали генетически закодированную систему для замены инсулина, который обычно снижается при анестезии у мышей.

«Ферритин, покрытая белком молекула-накопитель железа, обычно встречается в организме мыши и человека, но в наших экспериментах мы изменили его, разместив частицы ферритина в разных положениях, чтобы увидеть, можем ли мы улучшить наши результаты», — говорит соавтор. первый автор Сара Стэнли, старший научный сотрудник лаборатории Фридмана. «Мы обнаружили, что привязка ферритина к каналу является наиболее эффективной».Положительные результаты команды предполагают другие приложения для системы. В конце сентября Стэнли получил первый раунд гранта BRAIN от амбициозной федеральной инициативы, направленной на создание динамической карты мозга в действии. Стэнли и его коллеги планируют адаптировать эту систему для включения и выключения нейронов, чтобы изучить их роль в мозге.

«В этом текущем исследовании мы показали, что, открыв канал TRPV1, чтобы позволить ионам кальция проникать в клетку, мы можем включить ген. Поскольку нейроны могут быть деполяризованы кальцием и другими положительно заряженными ионами, такими как TRPV1 управления каналами, мы надеемся, что эта система может быть эффективной при регулировании нейронной активности ».


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *