Систему, использующую световую стимуляцию для модуляции мозговых волн, разработали исследователи под руководством Энди Джексона из Института биологических наук Университета Ньюкасла, сообщает 21 октября сайт новостей медицины и здравоохранения Medical Xpress со ссылкой на пресс-службу университета.

Команда проекта CANDO («Управление аномальной сетевой динамикой с помощью оптогенетики») в своем исследовании демонстрирует, что разработанная ими технология может подавлять аномальные мозговые волны, напоминающие эпилептические припадки.

Как полагают исследователи, это открывает новые перспективы для разработки методов лечения неврологических расстройств, таких как эпилепсия, болезнь Паркинсона и мигрень, а также для изменения состояний внимания и сонливости.

Результаты исследования были представлены в статье «Замкнутый оптогенетический контроль динамики нервной активности у нечеловеческих приматов», опубликованной в пятницу в журнале Nature Biomedical Engineering.

Учеными был разработан миниатюрный имплантат, содержащий светодиоды, и помещен внутрь мозга с тем, чтобы свет направлялся прямо на клетки мозга, которые с помощью генной терапии (оптогенетики) были изменены так, что становились чувствительными к свету.

Оптогенетика, разновидность генной терапии, использует светочувствительные белки, называемые опсинами. Именно опсины, находящиеся в глазу, позволяют нам и другим животным видеть.

Некоторые типы опсинов образуют каналы между внутренней и внешней частями клеток, и яркий свет, попадая на них, заставляет заряженные атомы или ионы двигаться внутрь и наружу клеток, создавая электрические токи.

Эти токи играют основную роль при взаимодействии клеток мозга друг с другом. С помощью света опсинами можно управлять как выключателями связи и тем самым влиять на очаги мозговой активности.

В мозгу опсинов нет, но оптогенетика позволяет их там создавать с помощью модифицированного вирусного вектора, лишенного возможности воспроизводить вирус, но «наученного» создавать копии полезных белков, таких как опсины.

При этом, отмечают создатели генной терапии, генетический материал, вставленный вирусным вектором в клетки мозга, будущим детям не передается.

Принципиально такую возможность применения оптогенетики исследователи проверили сначала на компьютерной модели, затем на срезах мозга мыши и потом на мозге двух анестезированных приматов.

Нервные клетки мозга генерируют ритмическую активность, иначе называемую «мозговыми волнами». Многие неврологические заболевания нарушают эти ритмы, создавая очаги аномальной активности. Имплантат через электроды непрерывно контролировал мозговые волны и обеспечивал точно рассчитанную исследователями стимуляцию опсинов, активируя светодиоды.

При этом, поскольку свет не создавал помех для отслеживания электрической активности мозга, ученые смогли создать замкнутый контур управления мозговой активностью, при котором активность отслеживалась, а ее изменение позволяло контролировать силу света для уменьшения тяжести смоделированного приступа эпилепсии.

Профессор Энди Джексон пояснил: «Замкнутая система, подобно раскачиванию качелей в разных точках дуги, позволяла нам усиливать или подавлять мозговые волны. Мы смогли продемонстрировать, что с помощью имплантированных светодиодов можно получить эффективную модуляцию локальной активности мозга у приматов».

Разработчики отмечают, что хотя их исследование сосредоточено на эпилепсии, но метод усиления или подавления мозговых волн определенной частоты, может быть полезен для изучения и лечения других расстройств, например, болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона.

Оптогенетическая генная терапия уже проходит испытания на людях. Ее используют для доставки опсинов в глаза как потенциального средства лечения слепоты. Однако для проведения ее испытаний на человеческом мозге необходимо предварительно доказать, что вирусный вектор и белки опсина не являются вредными для него.

Поэтому в настоящее время команда CANDO продолжает следить за долгосрочной безопасностью своего метода в своих исследованиях на грызунах.