新出現(xiàn)的聲譜技術(shù)(一種細(xì)胞由聲音控制的技術(shù))有可能在未來(lái)取代藥物或侵入性手術(shù)治療癲癇、帕金森病或創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

索爾克研究所(Salk Institute)的科學(xué)家率先提出了利用超聲波刺激神經(jīng)元的想法，并創(chuàng)造了“聲遺傳學(xué)”(sonogenetics)這個(gè)術(shù)語(yǔ)。他將參與美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(Defense Advanced Research Projects Agency)的ElectRx項(xiàng)目，計(jì)劃用75萬(wàn)美元的新資金把他的實(shí)驗(yàn)室工作提升到一個(gè)新的水平。

Salk副教授Sreekanth Chalasani是該項(xiàng)目的首席研究員，他說(shuō):“我們大約在六年前啟動(dòng)了這個(gè)項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)我們首次將超聲波引入實(shí)驗(yàn)室研究生物系統(tǒng)。”“我們想知道超聲波是否能刺激線蟲的行為——線蟲是一種簡(jiǎn)單的生物，它的基本神經(jīng)回路與我們自己的相似——令人吃驚的是，我們發(fā)現(xiàn)它能。”

2012年，卡拉薩尼獲得了索爾克創(chuàng)新基金(Salk Innovation Grant)的資助，以探索他的想法，即對(duì)蠕蟲的神經(jīng)元進(jìn)行基因工程，使其對(duì)聲波做出反應(yīng)。他在2015年首次在線蟲身上展示了這項(xiàng)技術(shù)，顯示低強(qiáng)度的超聲波傳播到線蟲體內(nèi)會(huì)導(dǎo)致一種名為TRP-4的化學(xué)敏感分子通道打開(kāi)并激活腦細(xì)胞。然后，他的團(tuán)隊(duì)利用分子生物學(xué)技術(shù)，將TRP-4通道添加到通常對(duì)超聲波沒(méi)有反應(yīng)的神經(jīng)元上，成功激活它們，并影響蠕蟲的行為。該實(shí)驗(yàn)室利用他們研究方法的早期成功，通過(guò)推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)(Brain)計(jì)劃，獲得了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)腦研究項(xiàng)目的一項(xiàng)撥款，以探索更多的分子通道，這些通道可以通過(guò)超聲波進(jìn)行定位。研究小組還展示了這項(xiàng)技術(shù)在老鼠模型上的應(yīng)用。

在聲遺傳學(xué)發(fā)展之前，科學(xué)家們使用一種叫做光遺傳學(xué)的工具來(lái)用光刺激神經(jīng)元。雖然光遺傳學(xué)仍然是神經(jīng)科學(xué)研究的一個(gè)非常有價(jià)值的工具，但這種方法有一些治療局限性。

”光遺傳學(xué),需要通過(guò)手術(shù)植入某種探測(cè)或發(fā)光設(shè)備位于或接近您的目標(biāo)組織,”優(yōu)素福Tufail說(shuō)Chalasani實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家。“但是隨著sonogenetics,你不需要手術(shù),因?yàn)榛蚪M件,使神經(jīng)元敏感超聲可以通過(guò)治療病毒,然后應(yīng)用超聲波刺激之外的身體,就像一個(gè)懷孕超聲波。”

現(xiàn)在，研究小組的目標(biāo)是尋找對(duì)超聲波有反應(yīng)的額外蛋白質(zhì)——但這些蛋白質(zhì)不是激活神經(jīng)元，而是抑制細(xì)胞。非侵入性抑制和激活神經(jīng)元的方法都具有巨大的治療潛力。

“Sonogenetics是一個(gè)非常令人興奮的,我們可能會(huì)把不同的神經(jīng)條件無(wú)需創(chuàng)電極植入病人,”科琳說(shuō)Lee-Kubli, Chalasani實(shí)驗(yàn)室的研究助理。“帕金森氏癥、神經(jīng)性疼痛、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙和運(yùn)動(dòng)障礙,如癱瘓,理論上可以受益于Sonogenetics方法。”

在這種新的支持下，該團(tuán)隊(duì)將建立新的、定制的儀器來(lái)開(kāi)發(fā)和評(píng)估這項(xiàng)技術(shù)?？ɡ_尼補(bǔ)充說(shuō):“我們對(duì)我們?nèi)〉玫慕Y(jié)果感到興奮。我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的前景感到興奮，我們認(rèn)為它將徹底改變神經(jīng)科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。