بیماری های عصبی مانند بیماری پارکینسون و صرع در درمان با استفاده از دستگاه های تحریک عمقی مغز موفقیت هایی به دست آورده اند، اما این موارد نیاز به کاشت جراحی تهاجمی و گران قیمت دارند. در حال حاضر، مهندسانی که توسط موسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی (NIBIB) تامین مالی می‌شوند، سیستمی را برای کنترل فعالیت حرکتی در مغز بدون کاشت دستگاه‌های جراحی ایجاد کرده‌اند که اولین گام به سوی درمان‌های غیرتهاجمی و تحریک مغز سلولی خاص است.
تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر هونگ چن، دانشیار مهندسی زیست پزشکی در دانشکده مهندسی مک‌کلوی و انکولوژی تشعشع در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، صدا، گرما و ژنتیک را برای ایجاد یک سیستم غیر تهاجمی با قابلیت ترکیب کردند. تحریک انواع خاصی از سلول ها در عمق مغز.
آنها این رویکرد را گرما ژنتیکی نامیده اند.
“سونو” به بخش اولتراسوند این فناوری اشاره دارد. از توانایی اولتراسوند متمرکز برای نفوذ به اعماق مغز استفاده می کند، اما تنها بر ناحیه کوچکی از سلول های مغزی که هدف قرار گرفته اند تأثیر می گذارد. “ترمو” به مقدار کمی از گرما اشاره دارد که هنگام برخورد اولتراسوند به هدف ایجاد می شود. «ژنتیک» به این واقعیت اشاره دارد که این تیم از ژن‌هایی استفاده کردند که پروتئین‌هایی را کد می‌کنند که می‌توانند با مقدار کمی گرمای تولید شده توسط اولتراسوند متمرکز روشن یا خاموش شوند.
دکتر رندی کینگ، مدیر برنامه اولتراسوند مداخله ای NIBIB گفت: «این رویکرد مهندسی می تواند به حل مشکل بهداشت عمومی ایجاد شده توسط تعداد فزاینده افراد مبتلا به اختلالات عصبی در سراسر جهان با ارائه جایگزین های درمانی غیرتهاجمی به بیماران کمک کند.
این کار با ترکیبی از امواج فراصوت و یک کانال یونی حساس به حرارت در سطح سلول به نام TRPV1 امکان پذیر شد. آزمایش‌ها در کشت‌های سلولی تأیید کردند که وقتی TRPV1 روی سطح سلول‌ها قرار دارد، درمان اولتراسوند دما را تنها 4-5 درجه افزایش می‌دهد و باعث می‌شود کانال یونی TRPV1 روشن شود.
سپس این گروه سیستم خود را روی موش ها آزمایش کردند. آنها از یک ناقل ویروسی حامل ژن TRPV1 برای رساندن کانال یونی حساس به حرارت به مخطط مغز موش استفاده کردند. جسم مخطط به این دلیل انتخاب شد که ناحیه ای از مغز است که حرکات حرکتی را کنترل می کند.
سپس سونوگرافی متمرکز به جسم مخطط تحویل داده شد. هنگامی که سونوگرافی متمرکز روشن شد، کانال TRPV1 فعال شد و موش ها به طور مکرر به صورت دایره ای چرخیدند تا زمانی که سونوگرافی خاموش شد. هیچ تغییری در حرکت در موش های سونیک شده که با ناقل ویروسی آلوده نشده بودند و بنابراین فاقد ژن TRPV1 در نورون های جسم مخطط بودند، وجود نداشت. نتایج تأیید می کند که آلوده کردن نوع مورد نظر سلول های عصبی با ژن حساس به حرارت TRPV1 به محققان اجازه می دهد تا بر فعالیت سلول های مغزی مورد نظر با سونوگرافی متمرکز تأثیر بگذارند.
این تیم تحقیقاتی اکنون در حال کار بر روی افزایش مقیاس سونوترموژنتیک از موش به مدل های حیوانی بزرگتر است. به عنوان اثبات مفهومی برای استفاده بالقوه در انسان، این تیم کار با استفاده از سیستم گرمازا سونوگرافی را برای تعدیل حرکات چشم در پستانداران غیرانسان آغاز کرده است.
هونگ در مورد پتانسیل فن آوری گرمازایی سونوگرافی توضیح می دهد: «راه درازی برای ما خواهد بود تا این تکنیک را به انسان منتقل کنیم، زیرا شامل مهندسی ژنتیک برای اصلاح نورون های مغز می شود. اما ما مطمئن هستیم که وقتی بر همه موانع غلبه کنیم و این تکنیک را به کلینیک بیاوریم، نقشی دگرگون کننده در درمان های نسل بعدی برای درمان بیماری های سیستم عصبی مرکزی مانند پارکینسون، افسردگی و صرع خواهد داشت.
نتایج این مطالعه در مجله Brain Stimulation منتشر شده است [1].
این کار توسط مؤسسه ملی سلامت (NIH) BRAIN Initiative (R01MH116981) و NIBIB (R01EB027223 و R01EB030102) و مرکز امید ناقل ویروسی در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن پشتیبانی شد.
