超声波结合基因编辑！可用于潜在的非侵入性临床应用，如更换心脏起搏器等

一个来自美国的研究小组开发了一种新的“声遗传学”技术——以声音来激活和控制哺乳动物细胞，而这种技术有可能为创新性的非侵入式深部脑刺激器、起搏器和胰岛素泵的研发铺平道路。究竟什么是声遗传学 (sonogenetics) 其潜在的临床优势又有哪些？研究小组接下来的目标是什么？

超声波刺激

这种新技术结合超声波和基因疗法，将基因传递到特定的细胞，用声音操纵它们来达到治疗效果。该项研究的结果发表于《自然-通讯》期刊，展示了研究小组如何使用这种方法激活培养皿中的人类细胞，以及如何控制小鼠大脑和脊髓中的神经元。

论文截图

“声遗传学使用超声波来控制特定的细胞。”来自索尔克生物研究所的Sreekanth Chalasani博士解释说。“超声波是声音，其本质是机械性的，因此它在焦点区域内会引起少量的机械挠度，而我们发现了一种可以感知这种机械挠度的离子通道蛋白。因此，我们可以在想要控制的细胞上表达这个离子通道。”

为了测试这项技术，研究者将一种离子通道蛋白(TRPA1)的基因导入靶细胞。在表达该离子通道后，这些靶细胞开始对超声波变得敏感。此外在针对小鼠进行的研究中，该团队将传感器连接到小鼠的皮肤上之后，能够通过超声波刺激来控制靶细胞。“这种离子通道通常不会在细胞上出现，所以通过将这种蛋白质人工添加到细胞中来，我们引入了一种新的细胞功能。”Chalasani补充说明。

潜在的临床应用

据Chalasani所说，声遗传学和其它更具侵入性的治疗手段相比有一些关键优势。首先简单来讲，这项新技术展示了大脑皮层的运动神经元是如何移动四肢的，而这也是意料之中的结果。Chalasani还指出了该技术能够带来的一系列潜在的非侵入性临床应用，包括更换深部脑刺激器、心脏起搏器和胰岛素泵等等。

“心脏起搏器或许将成为该技术的第一个临床应用，鉴于我们目前已掌握的基因传递系统可以将基因传递到人类的心肌细胞。然而，我们却没有办法将基因传递到人脑中的目标。”Chalasani说。

如今的相关治疗方法都会涉及手术以及在体内植入装置，而这会增加感染和炎症的风险。“由于传感器在体外就能工作，因此我们的方法不需要植入。我们所做的仅仅是将蛋白质传送到靶细胞而已。”Chalasani解释说。

Chalasani表示他和团队已经在尝试将这些发现推进一步，并希望能找到对超声波更加敏感的蛋白质，不仅能对特定频率的超声波做出反应，还能抑制神经元，而不是像目前发现的蛋白质一样仅仅能够刺激神经元而已。

Chalasani告诉《物理世界》: “我们希望继续创新超声波传输设备，以便将适当的超声波刺激传输到大脑或体内的目标。虽然目前我们只在小鼠身上进行研究，但是我们希望在将这一技术应用到人类之前，先在猪或灵长类等大型动物身上进行实验。”

参考文献

[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，自由职业新闻撰稿人

编译：张明宇

编辑：酥鱼

排版：尹宁流

题图来源：参考资料 [1]（小鼠脑细胞神经元在表达蛋白质TRPA1后被超声波激活）

研究团队

通讯作者Sreekanth H. Chalasani：美国索尔克生物研究所分子神经生物学实验室助理教授

第一作者Marc Duque：哈佛大学神经科学博士生

第二作者Corinne A. Lee-Kubli：美国生物技术公司DTx Pharma 科学家

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