近日，科學家利用光遺傳學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。這項突破性的研究標志著光遺傳學可以在神經(jīng)網(wǎng)絡層面調控癲癇活動，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切除癲癇灶更為微創(chuàng)的治療選擇。

?創(chuàng)新治療方法的實現(xiàn)

研究團隊使用了從癲癇患者治療過程中切除的大腦組織，并通過一種腺相關病毒（AAV）載體，將對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），當受到波長530納米的光照射時，這種通道會使神經(jīng)元膜超極化，從而降低其產(chǎn)生電信號的可能性。基因的表達由一種CaMK2A啟動子驅動，并結合了增強型黃色熒光蛋白（eYFP）作為標記。

為了維持組織的活性并完成為期數(shù)周的實驗，研究團隊創(chuàng)造了一個模擬顱內環(huán)境的培養(yǎng)系統(tǒng)。組織被置于類似腦脊液的營養(yǎng)介質中，通過遙控系統(tǒng)記錄神經(jīng)元的電活動并傳遞光脈沖，從而實現(xiàn)非侵入式干預。

研究中的跨學科合作

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

– 光遺傳學工具：UC伯克利的生物分子工程學教授大衛(wèi)·謝弗（David Schaffer, PhD）篩選出了用于基因遞送的AAV載體。
– 神經(jīng)電活動監(jiān)測：UCSF電氣與計算機工程學副教授米爾恰·特奧多雷斯庫（Mircea Teodorescu, PhD）設計了一種遙控系統(tǒng)，用于監(jiān)測神經(jīng)元的電活動并控制光脈沖。
– 組織維持與實驗：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，確保其在實驗期間的活性。

重要發(fā)現(xiàn)和潛在應用

實驗結果表明，使用高密度微電極陣列記錄的腦切片，在多種誘導神經(jīng)過度興奮的條件下，AAV介導的光遺傳干預顯著降低了網(wǎng)絡放電率。研究團隊不僅觀察到哪些類型的神經(jīng)元會觸發(fā)癲癇發(fā)作，還確定了改變神經(jīng)元電活動所需的最低光強度。這些發(fā)現(xiàn)為設計更精確的癲癇治療方案奠定了基礎。

此外，這一技術還可以為其他神經(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，而無需進行侵入性手術。

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，這項研究代表了治療癲癇以及其他神經(jīng)疾病的巨大進步。通過進一步優(yōu)化這種技術，人類可能在未來實現(xiàn)更廣泛的神經(jīng)疾病治療革命。

參考文獻：

編輯：周敏

排版：李麗