211service.com
Włącznik światła do sterowania pęcherzem
Startup z Case Western Reserve University w Cleveland planuje skomercjalizować molekularne przełączniki światła, technologię genetyczną, która szybko zakorzeniła się w świecie badań. Opracowana początkowo w 2006 roku technologia polega na wstrzykiwaniu małych skrawków DNA żywym zwierzętom, aby umożliwić kontrolowanie określonych neuronów za pomocą światła. Firma o nazwie LucCell skupi się najpierw na opracowywaniu terapii przywracających kontrolę pęcherza u osób sparaliżowanych.
Sterowanie oświetleniem: Neuron rdzenia kręgowego (zielony) przenoszący światłoczułe białko kanałowe rodopsyny — po uderzeniu światłem komórka wysyła sygnał do mięśnia przepony, pomagając sparaliżowanemu gryzoniu oddychać.
Wysiłek sygnalizuje rosnące zainteresowanie opracowaniem tych unikalnych narzędzi badawczych do użytku klinicznego. Ed Boyden, neurolog z MIT i jeden z pierwotnych wynalazców tej technologii, założył na początku tego roku startup, aby opracować nowe terapie na ślepotę. (Boyden jest felietonistą Technology Review.) Zainteresowanie wprowadzeniem tej technologii, która była uważana za potężne podstawowe narzędzie naukowe, do kliniki jest ekscytujące, mówi Boyden.
Molekularne przełączniki światła zawierają gen dla wrażliwego na światło białka pochodzącego z alg, zwanego rodopsyną kanałową-2, a także instrukcje molekularne, które ograniczają jego ekspresję do określonego podzbioru komórek. Gen jest dostarczany do tkanki docelowej za pośrednictwem wirusa, podobnie jak w terapii genowej. Po wchłonięciu do komórki DNA wyzwala produkcję białka, które aktywuje komórkę pod wpływem światła.
Podejście to stało się jednym z najgorętszych nowych narzędzi w neuronauce i jest używane na całym świecie do badania zaburzeń psychiatrycznych i neurologicznych, takich jak depresja, uzależnienia i epilepsja, a także normalnych funkcji mózgu, takich jak ruch i pamięć.
LucCell skupi się przede wszystkim na oddychaniu i funkcjonowaniu pęcherza u osób sparaliżowanych. W obu przypadkach sygnały z mózgu nie mogą już docierać do odpowiednich mięśni. Chodzi o to, aby neurony kontrolujące te mięśnie były wrażliwe na światło; komórki można następnie włączać lub wyłączać za pomocą wszczepionego źródła światła. Uważamy, że technologię przełączania światła najłatwiej zastosować do tych celów, ponieważ wymagają one tylko jednego lub dwóch mięśni – przepony do oddychania i zewnętrznego zwieracza do funkcji pęcherza – mówi Jerry Silver, neurobiolog z Case Western i prezes LucCell. . Jestem naprawdę optymistą, że możemy pomóc ludziom. Silver prowadzi firmę wraz z dwoma kolegami z Case Western, Stefanem Herlitze i Evanem Denerisem.
W zeszłym roku Silver i jego współpracownicy wykazali, że rodopsynę kanałową można wykorzystać do przywrócenia funkcji oddychania u sparaliżowanych gryzoni. Naukowcy najpierw odtworzyli poważne uszkodzenie rdzenia kręgowego u gryzoni, paraliżujące połowę przepony. Następnie wstrzyknęli przełącznik do rdzenia kręgowego, w pobliżu nerwów kontrolujących uszkodzony mięsień. Oświecenie tych komórek wywołało skurcze mięśni w przeponie. Artykuł pokazuje niezwykły powrót funkcji oddychania po stronie zwierzęcia z upośledzoną funkcją, która trwała przez jeden dzień nawet po wyłączeniu światła, mówi Silver.
Naukowcy pracują również nad przywróceniem kontroli pęcherza, co jest problemem dla dużej części sparaliżowanych osób. Aby opróżnić pęcherz, sygnał z mózgu przepływa w dół rdzenia kręgowego, sygnalizując zwieraczowi rozluźnienie i uwolnienie moczu. Połączenie to zostaje zerwane w przypadku urazu rdzenia kręgowego, uniemożliwiając normalne oddawanie moczu. Bardzo silny obwód lokalny utrzymuje zwieracz zamknięty, mówi Silver, dlatego pacjenci muszą sami się cewnikować – proces, który może prowadzić do infekcji i innych powikłań. Jest to wysoko na liście rzeczy, które ludzie z paraliżem chcieliby naprawić.
Naukowcy testują teraz nieco inny molekularny przełącznik światła zwany rodopsyną kręgowców 4, który wyłącza komórki w odpowiedzi na światło, zamiast je aktywować. Wstrzyknięcie genu do neuronów kontrolujących zwieracz pozwoliłoby tym komórkom na wyłączenie się w odpowiedzi na światło, co pozwoliłoby na rozluźnienie mięśnia zwieracza.
Docelowo naukowcy chcieliby połączyć ten wyłącznik z mechanizmem ściskania pęcherza, innej części normalnego oddawania moczu. Moglibyśmy umieścić włącznik w jądrze, który ściska pęcherz, lub moglibyśmy pracować z ludźmi, którzy ściskają pęcherz za pomocą funkcjonalnej stymulacji elektrycznej , mówi Silver. W funkcjonalnej stymulacji elektrycznej wszczepione elektrody służą do kontrolowania sparaliżowanych mięśni.
Naukowcy wciąż muszą pokonać kilka przeszkód, aby przekształcić tę technologię w praktyczne leczenie. Będą musieli dowiedzieć się, jak bezpiecznie dostarczyć zarówno DNA, jak i światło do odpowiednich komórek nerwowych. LucCell opracowuje wersję przełączników światła, które są dostarczane za pomocą wirusów już powszechnie stosowanych w ludzkich terapiach genowych. Naukowcy współpracują z Boydenem, aby zmodyfikować wszczepialne źródło światła wykonane z miniaturowego lasera lub diody LED przymocowanej do światłowodu.
Największym wyzwaniem będzie bezpieczeństwo, mówi Karl Deisseroth, neurolog ze Stanford, który nie był zaangażowany w badania. Musisz się martwić takimi rzeczami, jak możliwość wystąpienia rzadkich, ale poważnych reakcji immunologicznych na białka i urządzenia. Ponieważ białko pochodzi z alg, istnieje obawa, że może wywołać odpowiedź immunologiczną lub okazać się toksyczne dla komórki na dłuższą metę. Na początku tego roku Boyden i jego współpracownicy opublikowali pierwszy artykuł testujący technologię rodopsyny kanałowej u naczelnych, wyrażający białko w korze czołowej makaków. Zwierzęta nie wykazywały żadnych niezwykłych oznak uszkodzeń dziewięć miesięcy później. Jednak biorąc pod uwagę nowatorstwo tej technologii, prawdopodobnie wymagane będą szeroko zakrojone testy bezpieczeństwa.