211service.com
Světelný spínač pro ovládání močového měchýře
Startup z Case Western Reserve University v Clevelandu plánuje komercializovat molekulární světelné spínače, genetickou technologii, která rychle zapustila kořeny ve světě výzkumu. Tato technologie, která byla původně vyvinuta v roce 2006, zahrnuje vstřikování malých útržků DNA do živých zvířat, aby bylo možné ovládat specifické neurony světlem. Společnost s názvem LucCell se nejprve zaměří na vývoj terapií k obnovení kontroly močového měchýře u ochrnutých lidí.
Ovládání světla: Míšní neuron (zelený) nesoucí fotosenzitivní protein channelrhodopsin – při zasažení světlem vyšle buňka signál do bráničního svalu a pomáhá ochrnutému hlodavci dýchat.
Toto úsilí signalizuje rostoucí zájem o vývoj těchto jedinečných výzkumných nástrojů pro klinické použití. Ed Boyden, neurovědec z MIT a jeden z původních vynálezců této technologie, založil začátkem tohoto roku startup s cílem vyvinout nové terapie pro slepotu. (Boyden je sloupkař pro Technology Review.) Je vzrušující vidět zájem o prosazení této technologie, která byla považována za mocný základní vědecký nástroj, na kliniku, říká Boyden.
Molekulární světelné spínače obsahují gen pro světlocitlivý protein odvozený z řas, nazývaný channelrhodopsin-2, a také molekulární instrukce, které omezují jeho expresi na specifickou podskupinu buněk. Gen je doručen do cílové tkáně prostřednictvím viru, podobně jako při genové terapii. Jakmile se DNA dostane do buňky, spustí produkci proteinu, který aktivuje buňku, když je vystavena světlu.
Tento přístup se stal jedním z nejžhavějších nových nástrojů v neurovědě a je používán po celém světě ke studiu psychiatrických a neurologických poruch, jako je deprese, závislost a epilepsie, a také normálních mozkových funkcí, jako je pohyb a paměť.
LucCell se zaměří především na dýchání a funkci močového měchýře u ochrnutých lidí. V obou případech se signály z mozku již nemohou dostat k příslušným svalům. Cílem je učinit neurony ovládající tyto svaly citlivé na světlo; buňky pak mohly být zapnuty nebo vypnuty pomocí implantovaného zdroje světla. Věříme, že technologii světelného spínače lze nejsnáze aplikovat na tyto cíle, protože vyžadují pouze jeden nebo dva svaly – bránici pro dýchání a vnější svěrač pro funkci močového měchýře, říká Jerry Silver, neurolog z Case Western a prezident LucCell. . Jsem opravdu optimista, že můžeme lidem pomoci. Silver řídí společnost se dvěma kolegy z Case Western, Stefanem Herlitzem a Evanem Denerisem.
V loňském roce Silver a jeho spolupracovníci ukázali, že channelrhodopsin by mohl být použit k obnovení funkce dýchání u paralyzovaných hlodavců. Výzkumníci nejprve znovu vytvořili poranění míchy na vysoké úrovni u hlodavců, které ochromilo polovinu bránice. Potom vpíchli spínač do míchy, blízko nervů, které ovládají zmrzačený sval. Zářící světlo na tyto buňky spustilo svalové kontrakce v bránici. Práce ukazuje pozoruhodnou obnovu funkce dýchání na straně zvířete s poruchou funkce, která trvala jeden den i po zhasnutí světla, říká Silver.
Vědci také pracují na obnovení kontroly močového měchýře, což je problém pro velké procento ochrnutých lidí. K vyprázdnění močového měchýře se signál z mozku šíří míchou, což signalizuje svěrači, aby se uvolnil a uvolnil moč. Toto spojení je přerušeno při poranění míchy a brání normálnímu močení. Velmi výkonný lokální okruh udržuje svěrač uzavřený, říká Silver, a proto se pacienti musí katetrizovat – proces, který může vést k infekcím a dalším komplikacím. To je vysoko na seznamu věcí, které by lidé s paralýzou rádi viděli opravené.
Vědci nyní testují mírně odlišný molekulární spínač světla nazvaný vertebrate rhodopsin 4, který vypíná buňky v reakci na světlo, spíše než je aktivuje. Injekce genu do neuronů, které ovládají svěrač, by umožnila těmto buňkám vypnout v reakci na světlo, což by umožnilo relaxaci svalu svěrače.
Nakonec by vědci rádi zkombinovali toto vypnutí s mechanismem pro stlačení močového měchýře, což je další součást normálního močení. Mohli bychom do jádra vložit vypínač, který stlačuje močový měchýř, nebo bychom mohli pracovat s lidmi, kteří mačkají močový měchýř, pomocí funkční elektrické stimulace, říká Silver. Při funkční elektrické stimulaci se k ovládání ochrnutých svalů používají implantované elektrody.
Výzkumníci stále musí překonat několik překážek, aby vyvinuli technologii do praktického zpracování. Budou muset přijít na to, jak bezpečně dopravit DNA i světlo do příslušných nervových buněk. LucCell vyvíjí verzi světelných spínačů, které jsou dodávány pomocí virů, které jsou již běžné v lidských genových terapiích. Vědci spolupracují s Boydenem na úpravě implantovatelného světelného zdroje vyrobeného z miniaturního laseru nebo LED připojeného k optickému vláknu.
Největší výzvou bude bezpečnost, říká Karl Deisseroth, neurolog ze Stanfordu, který se na výzkumu nepodílel. Musíte se obávat věcí, jako je možnost vzácných, ale závažných imunitních reakcí na proteiny a zařízení. Vzhledem k tomu, že protein pochází z řas, existuje určitá obava, že by mohl vyvolat imunitní reakci nebo se v dlouhodobém horizontu ukázat jako toxický pro buňku. Začátkem tohoto roku Boyden a jeho spolupracovníci publikovali první článek testující technologii channelrhodopsinu u primátů, exprimujících protein ve frontálním kortexu makaků. O devět měsíců později zvířata nevykazovala žádné neobvyklé známky poškození. Ale vzhledem k novosti technologie bude pravděpodobně zapotřebí rozsáhlé bezpečnostní testování.