Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
Новости / Российские ученые создают новое направление науки, термогенетику: управление нейронной сетью с помощью инфракрасного излучения
Новости
5.05.2017

Российские ученые создают новое направление науки, термогенетику: управление нейронной сетью с помощью инфракрасного излучения

Молекулярные биологи из ИБХ РАН совместно с нейробиологами из ИВНДиНФ РАН и физиками из МГУ им. М.В. Ломоносова разработали новую технологию стимуляции нервных клеток инфракрасным излучением, генетически встраивая в нейроны млекопитающих белки-терморецепторы змей. Опубликованные в мае в журнале Nature Communications результаты открывают возможность неинвазивно стимулировать нейронные сети любых животных, а также управлять активностью других типов клеток в живых системах.

Учёных давно интересовал вопрос о том, как можно “точечно” управлять нейронами. В частности, в 1979 году Френсис Крик, открывший структуру ДНК вместе с Джеймсом Уотсоном, высказал предположение, что главным вызовом в нейробиологии является создание методов, которые позволяли бы стимулировать определенный тип нервных клеток, в то время как другие клетки оставались бы нечувствительными к стимулу. Практическое осуществление его идея получила лишь в 2005 году, когда группа исследователей из Стэнфордского университета под руководством Карла Диссерота смогла возбудить нервные клетки с помощью облучения светом. Этот метод назвали оптогенетикой (сочетание оптики и генетики).
Нейроны приобретают чувствительность к свету благодаря генетически встроенным в них белкам-рецепторам, которые в природе помогают живым организмам ориентироваться в окружающей среде. В зависимости от видов физического воздействия рецепторы делятся на различные классы. Так, световые сигналы воспринимаются родопсинами и фототропинами, а температурные колебания - терморецепторами семейства TRP (Transient receptor potential). Именно с их помощью мы чувствуем горячие или холодные объекты, а также вкус острой пищи или ментоловый “холодок”. Терморецепторы легли в основу метода термогенетики, также позволяющего «точечно» воздействовать на нейроны длинноволновым инфракрасным излучением, проникающим в ткани очень глубоко.
В своем исследовании ученые из Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова использовали в качестве белков-рецепторов высоко чувствительные терморецепторы змей TRPA1, которые отвечают за термозрение – способность некоторых змей «видеть» теплые объекты на расстоянии. Это помогает животным ориентироваться в пространстве и охотиться в темноте.
Первая часть экспериментов проводилась на культуре нервных клеток мышей. Из оптоволоконной лазерной установки на нейроны локально подавали инфракрасный свет и электрофизиологически регистрировали их активацию, измеряя поток ионов через мембрану.
«Нам удалось измерить динамику ответа нейрона на очень небольшие изменения температуры, на которые обычно нейроны не отвечают - объясняет Евгений Никитин, руководитель группы нейрофотоники ИВНД и НФ РАН. – Полученные данные прямо показывают возможность избирательного управления активностью нейронов со встроенными терморецепторами змеи».
Исследование включало не только биологическую, но и физическую составляющую. Для термогенетической стимуляции исключительно важно нагревать живую ткань на заданную температуру, не превышающую 1-2 градуса. Недостаточный нагрев неспособен активировать нейроны. Избыточный – приведет к перегреву и гибели нейронов. Коллективом физиков из МГУ под руководством Алексея Желтикова был разработан метод локальной детекции температуры с помощью квантовых эффектов в микрочастицах алмазов, имеющих специальные дефекты кристаллической решетки. Такой алмаз, будучи помещенным на кончик оптоволокна, способен измерять температуру нагреваемого образца с высокой точностью.
Метод термогенетики открывает широкие перспективы для использования и для дальнейших разработок. Во-первых, ИК-излучение глубже проникает в ткань, а значит, появится возможность стимулировать более глубокие слои мозга. Более того, для нагрева можно использовать не только инфракрасное излучение, но и фокусированные СВЧ-волны или магниты высокой мощности. Во-вторых, термогенетика имеет огромное преимущество в работе с маленькими модельными животными, такими как улитки, мальки рыб или плодовые мушки. В классических оптогенетических экспериментах животные видят синий свет, используемый для активации нейронов, и пугаются его. ИК-излучение для них невидимо, поэтому можно не опасаться побочных реакций животного на яркий свет. В-третьих, полученный молекулярный и технический инструментарий можно использовать для активации не только нейронов, но и других клеток. Все вместе, это приведет к появлению новых подходов к терапевтической стимуляции или, наоборот, подавлению функций различных клеток в организме. Оптогенетика делает первые шаги в этой области, теперь к ней присоединится и термогенетика, выведенная данной работой на новый уровень.
 

22.08.20193-й Международный саммит инвесторов ранних стадий VOX ANGELIS 2019 состоится 13-15 сентября в Москве

Бизнес-ангелы, представители фондов и инвесторских объединений из 30 стран мира обсудят актуальные тренды и проблемы, обменяются опытом, а также найдут новые точки взаимодействия и роста.
 

Подробнее
21.08.2019Учёные исследуют механизмы долговременной памяти

О медицинских перспективах эксперимента по изучению долговременной памяти в поисках веществ – регуляторов генов, с помощью которых можно усправлять высшими функциями мозга рассказал член-корреспондент РАН Павел Балабан, научный руководитель по направлению "нейрофизиология" Института высшей нервной деятельности РАН.

Подробнее
20.08.2019Разработанная партнёром Отраслевого союза "Нейронет" умная трость для слепых "Робин" представлена во втором поколении

Лаборатория «Сенсор-Тех» разработала первое и уникальное для России устройство, которое поможет слепым и слепоглухим лучше ориентироваться в пространстве

Подробнее
20.08.2019Промышленных роботы в ДВФУ научили самостоятельно принимать решения в изменяющейся среде

Учёные ДВФУ создали и реализовали на практике новый принцип интеллектуального управления промышленными роботами

Подробнее
19.08.2019Участник Отраслевого союза "Нейронет" выступил с докладами на российско-тайландском бизнес-форуме

Компания ROBBO представила свои продукты – класс РОББО и франшизу ROBBO-Club, а также представила два доклада.

Подробнее
19.08.2019Ученые обсудили новейшие исследования в области нейронауки и искусственного интеллекта

Темой очередной сессии учёных и разработчиков Отраслевого союза "Нейронет" стало обсуждение новейших мировых исследований в области нейронаук и искусственного интеллекта

Подробнее
16.08.201917-18 августа в Санкт-Петербурге состоится Science Fest 2019

Планетарий № 1 – член Отраслевого союза "Нейронет" проводит незабываемое мероприятие, которое пройдёт на 4 площадках  города: креативном пространстве «Люмьер-Холл», Планетарий №1, Yota lab и Музее РЖД. 

 

Подробнее
123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17