近日，科學(xué)家利用光遺傳學(xué)首次在活的人類腦組織中，通過光脈沖抑制了類似癲癇發(fā)作的神經(jīng)活動(dòng)。這項(xiàng)突破性的研究標(biāo)志著光遺傳學(xué)可以在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層面調(diào)控癲癇活動(dòng)，可能為無法通過藥物控制癥狀的癲癇患者提供一種比手術(shù)切除癲癇灶更為微創(chuàng)的治療選擇。

?創(chuàng)新治療方法的實(shí)現(xiàn)

研究團(tuán)隊(duì)使用了從癲癇患者治療過程中切除的大腦組織，并通過一種腺相關(guān)病毒（AAV）載體，將對(duì)光敏感的基因遞送至神經(jīng)元。這些基因編碼了一種鉀選擇性的光敏離子通道（HcKCR1），當(dāng)受到波長530納米的光照射時(shí)，這種通道會(huì)使神經(jīng)元膜超極化，從而降低其產(chǎn)生電信號(hào)的可能性。基因的表達(dá)由一種CaMK2A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)，并結(jié)合了增強(qiáng)型黃色熒光蛋白（eYFP）作為標(biāo)記。

為了維持組織的活性并完成為期數(shù)周的實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)模擬顱內(nèi)環(huán)境的培養(yǎng)系統(tǒng)。組織被置于類似腦脊液的營養(yǎng)介質(zhì)中，通過遙控系統(tǒng)記錄神經(jīng)元的電活動(dòng)并傳遞光脈沖，從而實(shí)現(xiàn)非侵入式干預(yù)。

研究中的跨學(xué)科合作

這項(xiàng)研究由加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員聯(lián)合完成，體現(xiàn)了多學(xué)科合作的力量：

– 光遺傳學(xué)工具：UC伯克利的生物分子工程學(xué)教授大衛(wèi)·謝弗（David Schaffer, PhD）篩選出了用于基因遞送的AAV載體。
– 神經(jīng)電活動(dòng)監(jiān)測(cè)：UCSF電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)副教授米爾恰·特奧多雷斯庫（Mircea Teodorescu, PhD）設(shè)計(jì)了一種遙控系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)神經(jīng)元的電活動(dòng)并控制光脈沖。
– 組織維持與實(shí)驗(yàn)：UCSF神經(jīng)外科住院醫(yī)師約翰·安德魯斯（John Andrews, MD）將腦組織置于培養(yǎng)基中，確保其在實(shí)驗(yàn)期間的活性。

重要發(fā)現(xiàn)和潛在應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用高密度微電極陣列記錄的腦切片，在多種誘導(dǎo)神經(jīng)過度興奮的條件下，AAV介導(dǎo)的光遺傳干預(yù)顯著降低了網(wǎng)絡(luò)放電率。研究團(tuán)隊(duì)不僅觀察到哪些類型的神經(jīng)元會(huì)觸發(fā)癲癇發(fā)作，還確定了改變神經(jīng)元電活動(dòng)所需的最低光強(qiáng)度。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)更精確的癲癇治療方案奠定了基礎(chǔ)。

此外，這一技術(shù)還可以為其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供新的治療途徑。UCSF神經(jīng)外科主任愛德華·張（Edward Chang, MD）表示，這一進(jìn)展可能徹底改變癲癇患者的治療方式，為他們提供一種更加微妙且有效的癲癇控制手段，而無需進(jìn)行侵入性手術(shù)。

展望未來

正如UCSF神經(jīng)外科助理教授托馬茲·諾瓦科夫斯基（Tomasz Nowakowski, PhD）所言，這項(xiàng)研究代表了治療癲癇以及其他神經(jīng)疾病的巨大進(jìn)步。通過進(jìn)一步優(yōu)化這種技術(shù)，人類可能在未來實(shí)現(xiàn)更廣泛的神經(jīng)疾病治療革命。

參考文獻(xiàn)：

編輯：周敏

排版：李麗