Ученые из Солка разработали клетки млекопитающих, которые можно активировать с помощью ультразвука. Метод, который команда использовала для активации клеток человека в чашке и клеток мозга в живых мышах, прокладывает путь к неинвазивным версиям глубокой стимуляции мозга, кардиостимуляторам и инсулиновым помпам. Результаты были опубликованы в Nature Communications 9 февраля 2022 года.
«Беспроводная связь — это будущее практически для всего», — говорит старший автор Шрикант Чаласани, доцент Лаборатории молекулярной нейробиологии Солка. «Мы уже знаем, что ультразвук безопасен и что он может проходить через кости, мышцы и другие ткани, что делает его идеальным инструментом для манипулирования клетками глубоко в организме».
Около десяти лет назад Чаласани выдвинул идею использования ультразвуковых волн для стимуляции определенных групп генетически маркированных клеток и ввел для ее описания термин «соногенетика». В 2015 году его группа показала, что у круглого червя Caenorhabditis elegans белок под названием TRP-4 делает клетки чувствительными к низкочастотному ультразвуку. Когда исследователи добавили TRP-4 к нейронам C. elegans , которые обычно его не имели, они смогли активировать эти клетки с помощью ультразвука — тех же звуковых волн, которые используются в медицинских сонограммах.
Однако когда исследователи попытались добавить TRP-4 в клетки млекопитающих , белок не смог заставить клетки реагировать на ультразвук. Сообщалось, что несколько белков млекопитающих чувствительны к ультразвуку, но ни один из них не оказался идеальным для клинического применения . Поэтому Чаласани и его коллеги приступили к поиску нового белка млекопитающих, делающего клетки очень чувствительными к ультразвуку на частоте 7 МГц, считающейся оптимальной и безопасной.
«Наш подход отличался от предыдущих экранов, потому что мы решили комплексно искать чувствительные к ультразвуку каналы», — говорит Юсуф Туфаил, бывший научный сотрудник проекта Salk и соавтор новой статьи.
Исследователи добавили сотни различных белков по одному в общую линию клеток для исследований человека (HEK), которая обычно не реагирует на ультразвук. Затем они помещают каждую клеточную культуру в установку, позволяющую отслеживать изменения в клетках при ультразвуковой стимуляции.
После более чем года скрининга белков и изучения почти 300 кандидатов ученые наконец нашли тот, который сделал клетки HEK чувствительными к ультразвуковой частоте 7 МГц. Известно, что канальный белок TRPA1 позволяет клеткам реагировать на присутствие вредных соединений и активировать ряд клеток в организме человека, включая клетки мозга и сердца.
