如何脑超声刺激治疗大脑疾病?

正如光线的照射下可以集中到一个放大镜,超声束可以不是生火,但是聚集在一个特定的目标。的脉冲超声能够通过障碍物如身体组织,没有携带风险与传统设备植入和电刺激。作为一个非侵入性的方法,可以针对特定的大脑区域,聚焦超声治疗技术是一种新型的运动障碍,如帕金森氏症。具体来说,低强度,低频超声波(LILFU,非热能的功率从30到500 mW /厘米²)正成为一个高度的方法。LILFU使高空间分辨率,深层渗透,组合使用磁共振成像,具有成本效益的实现,和持久的neuromodulatory效果没有明显的副作用,如热响应,导致局部组织环境的温度的变化。LILFU最近发现调节神经元的活动。虽然动物实验已经证明,LILFU增加电动机通路中的神经活动,具体工作还没有确定。

由c博士领导的贾斯汀·李,中心研究人员认知和社会性在基础科学研究所(IBS)在大田,韩国已经确定了LILFU-mediated神经调节机制。他们发现TRPA1(瞬时受体电位锚蛋白1),钙通道表现在星形胶质细胞在大脑中,LILFU-modulated神经调节设置的捡LILFU信号,并将它们转换成电信号。

先前的研究只看着mechanosensitive离子通道在神经膜,而退市non-neuron细胞和星形胶质细胞。LILFU是诱发Ca^{2 +}反应在神经元和星形胶质细胞通过施加机械压力波在等离子体膜,研究小组测试星形Ca^{2 +}渠道,发现TRPA LILFU-induced 1是一个高度敏感的目标神经活动在运动皮层,如尾运动。

研究小组证明LILFU激发神经元活动的途径导致所需的行为(即尾运动);为了应对LILFU信号,TRPA1打开,使Ca的条目^{2 +}星形胶质细胞。Ca^{2 +}增加诱发谷氨酸释放通过Best1星形胶质细胞。在释放谷氨酸兴奋性神经递质,促进神经元钙激活NMDAR和解雇。这又带来了突触可塑性。这些自适应改变突触强度相关LILFU刺激,这是一个尾巴运动诱发的增强作用在运动皮质兴奋性突触传递。

在老鼠实验中,研究人员运动皮层刺激体内的野生型(WT)和由LILFU TRPA1敲除小鼠(KO),和检查尾部运动。尾巴运动TRPA1 KO WT相比显著降低,表明TRPA1介导LILFU-induced神经调节和运动行为。他们也抑制使用基因消音器TRPA 1的表达,一个小hairpin-forming干扰RNA(成分),是否TRPA 1 LILFU-stimulated神经活动中起着至关重要的作用。

TRPA1-silenced基因的研究人员发现,LILFU-induced神经元活动显著降低相比,对照组。也证实,TRPA1的基因沉默或Best1废除LILFU-induced发射增强神经元活动率100%。这些结果表明,LILFU激活星形TRPA1和glutamate-releasing Best1通过Ca^{2 +}针对突触NMDAR,导致神经元活动。

值得注意的是,这项研究表明存在高度敏感的mechano-channels星形胶质细胞,但不是在神经元,星形胶质细胞的细胞LILFU目标。用作非热能的方法,LILFU也脱离了组织损伤。突触可塑性与认知以及运动。因此,机械刺激TRPA1-Best1-NMDAR途径也可能发现有用的超越生理条件病理条件下,如痴呆,脑震荡,和抑郁。

除了目前流行的光遗传学和chemogenetics sonogenetics使用TRPA1高度敏感的传感器和换能器,打开新的特异性激活/抑制途径。超声波刺激也可以促进长期可塑性当结合其他calcium-activated渠道或calcium-dependent信号分子。的见解和工具,我们开发了这个研究应该为未来优化LILFU有用的非侵入性和低成本neuromodulatory方法对人类。”c .贾斯汀Lee博士解释道,不过该研究的通讯作者。

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