超音波結合基因編輯！可用于潛在的非侵入性臨床應用，如更換心髒起搏器等

一個來自美國的研究小組開發了一種新的“聲遺傳學”技術——以聲音來激活和控制哺乳動物細胞，而這種技術有可能為創新性的非侵入式深部腦刺激器、起搏器和胰島素泵的研發鋪平道路。究竟什麼是聲遺傳學 (sonogenetics) 其潛在的臨床優勢又有哪些？研究小組接下來的目标是什麼？

超音波刺激

這種新技術結合超音波和基因療法，将基因傳遞到特定的細胞，用聲音操縱它們來達到治療效果。該項研究的結果發表于《自然-通訊》期刊，展示了研究小組如何使用這種方法激活培養皿中的人類細胞，以及如何控制小鼠大腦和脊髓中的神經元。

論文截圖

“聲遺傳學使用超音波來控制特定的細胞。”來自索爾克生物研究所的Sreekanth Chalasani博士解釋說。“超音波是聲音，其本質是機械性的，是以它在焦點區域内會引起少量的機械撓度，而我們發現了一種可以感覺這種機械撓度的離子通道蛋白。是以，我們可以在想要控制的細胞上表達這個離子通道。”

為了測試這項技術，研究者将一種離子通道蛋白(TRPA1)的基因導入靶細胞。在表達該離子通道後，這些靶細胞開始對超音波變得敏感。此外在針對小鼠進行的研究中，該團隊将傳感器連接配接到小鼠的皮膚上之後，能夠通過超音波刺激來控制靶細胞。“這種離子通道通常不會在細胞上出現，是以通過将這種蛋白質人工添加到細胞中來，我們引入了一種新的細胞功能。”Chalasani補充說明。

潛在的臨床應用

據Chalasani所說，聲遺傳學和其它更具侵入性的治療手段相比有一些關鍵優勢。首先簡單來講，這項新技術展示了大腦皮層的運動神經元是如何移動四肢的，而這也是意料之中的結果。Chalasani還指出了該技術能夠帶來的一系列潛在的非侵入性臨床應用，包括更換深部腦刺激器、心髒起搏器和胰島素泵等等。

“心髒起搏器或許将成為該技術的第一個臨床應用，鑒于我們目前已掌握的基因傳遞系統可以将基因傳遞到人類的心肌細胞。然而，我們卻沒有辦法将基因傳遞到人腦中的目标。”Chalasani說。

如今的相關治療方法都會涉及手術以及在體内植入裝置，而這會增加感染和發炎的風險。“由于傳感器在體外就能工作，是以我們的方法不需要植入。我們所做的僅僅是将蛋白質傳送到靶細胞而已。”Chalasani解釋說。

Chalasani表示他和團隊已經在嘗試将這些發現推進一步，并希望能找到對超音波更加敏感的蛋白質，不僅能對特定頻率的超音波做出反應，還能抑制神經元，而不是像目前發現的蛋白質一樣僅僅能夠刺激神經元而已。

Chalasani告訴《實體世界》: “我們希望繼續創新超音波傳輸裝置，以便将适當的超音波刺激傳輸到大腦或體内的目标。雖然目前我們隻在小鼠身上進行研究，但是我們希望在将這一技術應用到人類之前，先在豬或靈長類等大型動物身上進行實驗。”

參考文獻

[1] Controlling cells with sound: Scientists pioneer sonogenetics. (2022, March 4). Physics World. https://physicsworld.com/?p=99748

[2] Duque, M., Lee-Kubli, C. A., Tufail, Y., Magaram, U., Patel, J., Chakraborty, A., Mendoza Lopez, J., Edsinger, E., Vasan, A., Shiao, R., Weiss, C., Friend, J., & Chalasani, S. H. (2022). Sonogenetic control of mammalian cells using exogenous Transient Receptor Potential A1 channels. Nature Communications, 13(1), 600. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28205-y

原文作者：Abigail Williams，自由職業新聞撰稿人

編譯：張明宇

編輯：酥魚

排版：尹甯流

題圖來源：參考資料 [1]（小鼠腦細胞神經元在表達蛋白質TRPA1後被超音波激活）

研究團隊

通訊作者Sreekanth H. Chalasani：美國索爾克生物研究所分子神經生物學實驗室助理教授

第一作者Marc Duque：哈佛大學神經科學博士生

第二作者Corinne A. Lee-Kubli：美國生物技術公司DTx Pharma 科學家

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