Краудсорсинговые данные оптогенетики для борьбы с неврологическими заболеваниями | Советы девушкам

Во всем мире около 50 миллионов человек страдают эпилепсией, из них более 3 миллионов только в Соединенных Штатах. Это одно из наиболее распространенных неврологических заболеваний во всем мире, характеризующееся периодическими судорогами части или всего тела. Это также вполне поддается лечению ежедневными противосудорожными препаратами. Тем не менее, как и многие лекарства, отпускаемые по рецепту, у них есть побочные эффекты, и они не могут воздействовать на то место в головном мозге, которое вызывает приступ.

Исследователи из Пенсильванского и других университетов видят потенциал в другом варианте, называемом оптогенетикой. В этой области используются генетические методы для увеличения светочувствительности определенных нейронов мозга и контроля их активности с помощью прямого света. «В ближайшем будущем это может помочь в лечении неврологических заболеваний с высокой точностью», – говорит Себастьен Трембле, научный сотрудник лаборатории Майкла Платта.

Несмотря на большое сообщество нейробиологов, работающих над оптогенетикой, Тремблей заметил, что не существует центральной базы данных для содействия обмену информацией, особенно связанной с подмножеством оптогенетики, ориентированной на нечеловеческих приматов . Это означало, что все, что не опубликовано в академическом журнале – который в данном случае представлял почти половину незавершенной работы – никогда не выходил в свет. И, не зная, что раньше было удачным или неудачным, исследователи оптогенетики постоянно изобретали велосипед.

При поддержке Платта Тремблей попытался исправить это.

«Мы поняли, что в этой области есть исследования, которые не были опубликованы, люди пробовали разные методы, разные вирусные векторы и просто никогда не сообщали об этом», – говорит Платт, профессор Penn Integrates Knowledge. «Несмотря на все опубликованные работы, ни одна из них не была собрана в единую базу данных. Это послужило источником вдохновения для этой монументальной работы, которую возглавил Себастьян».

В статье, только что опубликованной в журнале Neuron, подробно описаны результаты этой работы, база данных с открытым исходным кодом, которая включает необработанные данные и результаты из 45 лабораторий в девяти странах, работающих над оптогенетикой у нечеловеческих приматов. В документе также описываются предварительные результаты проведенного Тремблеем и Платтом метаанализа того, что здесь работает, а что не работает.

Сама оптогенетика относительно нова, она впервые была разработана около 15 лет назад. На сегодняшний день многие из его достижений были получены с помощью моделей мелких животных. Однако для того, чтобы оптогенетика стала безопасным и эффективным клиническим инструментом для людей, наука должна сначала преуспеть на промежуточном этапе с нечеловеческими приматами, – говорит Тремблей, научный сотрудник отделения нейробиологии Пенна. «В этом проекте, – говорит он, – наша цель состояла в том, чтобы собрать вместе исследователей со всего мира, чтобы поделиться данными, которые они получили, опубликовали или не опубликовали, чтобы мы могли учиться друг у друга».

К удивлению Тремблея и Платта, им оставалось только спросить. «Очень многие были готовы приступить к этой инициативе открытой науки и поделиться своими данными, что бесценно», – говорит Тремблей. «Люди дали нам так много, что теперь у нас больше неопубликованных данных, чем сумма всех опубликованных данных в литературе. Мы увеличиваем объем вдвое».

Чтобы обеспечить качество создаваемого ресурса, исследователи из Пенсильвании добавили ключевой контекст к каждой записи, включая тип вируса, который используется для доставки генетического материала – так называемый вирусный вектор, – плюс экспериментальную методологию и результаты, связанные с анатомией, физиологией. , и поведение, среди других факторов. Следователи также могли писать в комментариях, чтобы заполнить пробелы. В общем, каждая запись включает в себя то, что Тремблей описывает как «изысканные детали» для 36 параметров.

Анализируя это богатство информации, он и Платт сделали несколько основанных на фактах выводов о развитии оптогенетики нечеловеческих приматов за последние полтора десятилетия.

Во-первых, многие эксперименты успешно модулируют активность мозга, но не изменяют поведение. Другими словами, они изменяют то, что делают нейроны, но не действия, вытекающие из этого. «Это очень важно, потому что, если мы хотим, чтобы это имело клиническую ценность для пациентов, нам нужно больше, чем просто играть с нейронами», – говорит Тремблей. «Он должен уменьшить симптомы болезни Паркинсона или Альцгеймера или любого другого заболевания. Это пробел, который мы должны заполнить».

Помимо этого, исследователи из Пенсильвании обнаружили, что оптогенетикам можно извлечь гораздо больше уроков из генной терапии, особенно в том, что касается лучших механизмов экспрессии белков в головном мозге. Ученые также смогли ранжировать многие параметры, определяя, например, что вызвало наибольшую светочувствительность или какие вирусные векторы работали наиболее эффективно.

Все это делается с прицелом на клинические испытания на людях. «Что особенного в этих методах, так это то, что мы можем стимулировать конкретную часть мозга и даже подмножество нейронов в этой части мозга», – говорит Тремблей. «Это не похоже на использование лекарства, которое попадает в мозг, но также поражает другие органы и вызывает сопутствующие повреждения. Это также новый уровень точности, которого раньше не было». Например, для человека, страдающего эпилепсией, такая техника может выборочно выключать припадки, нацеливаясь на то место в мозге, которое их вызывает.

По оценкам Платта и Трембле, это, вероятно, произойдет еще через несколько лет или, возможно, с учетом недавнего обмена данными по всему миру, раньше. «Это первый раз, когда мы, как лаборатория, принимаем участие в общественной науке такого масштаба. Приятно видеть, как люди объединились в этом вопросе», – говорит Платт. «Это замечательное достижение».

Использование света для воздействия на определенные области мозга

Клетки похожи на фабрики, строящие белки на основе инструкций, которые дает организм. В оптогенетике новые инструкции, записанные в алфавитном порядке ДНК, поступают в нейронную систему через введенный вирус. Затем клетки выстраивают белки таким образом, что нейроны становятся чувствительными к свету, и эта чувствительность полностью развивается через несколько недель. В этот момент свет может быть направлен в мозг с большой точностью, используя лазер или светодиодный свет, активируя нейроны, которые затем начинают работать. В будущем клиническом контексте это может облегчить симптомы неврологических состояний, таких как эпилепсия, болезнь Альцгеймера и Паркинсона, за счет воздействия на то место в мозге, которое их вызывает.

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

четыре × четыре =