waspono (waspono) wrote,
waspono
waspono

Каталитическая психология-25. "Мягкое нагревание".


"удобно и неинвазивно манипулировать мозгами холоднокровных модельных животных"




Схема эксперимента по активации специфических нейронов у зародыша Danio rerio. Красным цветом показаны модифицированные нейроны, экспрессирующие кроме TPRA1 красный флуоресцентный белок.
Ermakova et al / Nature Communications 2017


Научный коллектив под руководством Всеволода Белоусова из Института биоорганической химии РАН создал технологию, позволяющую возбуждать отдельные нейроны в мозге животного при помощи инфракрасного излучения. Для этого клетки заставили синтезировать специальные термочувствительные белки (ионные каналы змей), которые впоследствии активировали инфракрасным лазером. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

   В последние годы в распоряжении нейробиологов оказался мощный инструмент, позволяющий выборочно активировать группы нейронов прямо в мозге живого животного при помощи света, — оптогенетика. С использованием инструментария оптогенетики оказалось возможно даже управлять памятью мышей, стирая воспоминания и внедряя ложные (прочитать об этом можно здесь). Однако при всей своей революционности этот метод обладает и рядом серьезных недостатков. Главным из них является тот факт, что активатором возбуждения нейронов является видимый свет. Он обладает малой проницаемостью сквозь ткани, поэтому животным приходится имплантировать в мозг оптоволокно. Кроме того, свет активирует не только нужные нейроны, но и собственные зрительные рецепторы, что может привести к нежелательным последствиям.

Альтернативой светового контроля работы нейронов стали термочувствительные ионные каналы из семейства TRP. Эти белки при определенной температуре начинают пропускать ионы через клеточную мембрану, что приводит к активации нейрона, в котором они экспрессируются. Попытки управлять возбуждением нейронов животных при помощи активации TRP-каналов уже предпринимались, однако подходящего метода «включения» канала пока не появилось.

Исследователи из ИБХ РАН совместно с коллегами из Института высшей нервной деятельности и физфака МГУ разработали технологию, позволяющую эффективно возбуждать единичные нейроны при помощи лазера, излучающего в инфракрасном диапазоне (около 1400 нанометров). Помимо использования лазера, ученые также придумали работать не с собственными TRP-каналами животного, как делали ранее, а с белком TRPA1 змей, который обладает повышенной чувствительностью к нагреванию и проводимостью. 

   Для начала технология была отработана на культуре клеток млекопитающих, экспрессирующих два разных белка TRPA1 из разных видов змей. При помощи термодатчика с алмазным сенсором, позволяющего с высокой точностью измерить изменение температуры возле отдельной клетки, исследователи определили температуру активации для этих белков. Один из них, более «теплый», с температурой активации около 38 градусов, проверили в культуре нейронов мыши, а второй, более «холодный», ввели в зародыш рыбки Danio rerio. Прицельно направляя луч лазера на соматосенсорные нейроны рыбки, ответственные за чувствительность к прикосновению, ученые вызвали у животного «реакцию избегания» в виде мышечного сокращения (проще говоря, в ответ на нагрев рыбка дергала хвостом). Для активации нейронов требовалось увеличить их температуру всего на 1–3 градуса. Такое мягкое нагревание не приводит к развитию какого-либо токсичного эффекта, связанного с перегревом тканей. 
[...]
разработанная технология, которая, по аналогии с оптогенетикой, получила название термогенетика, несомненно уже представляет большую ценность для нейробиологов, позволяя удобно и неинвазивно манипулировать мозгами холоднокровных модельных животных, таких как рыбки, дрозофилы и нематоды.
Дарья Спасская.
Российские биологи научились включать нейроны теплом.

https://nplus1.ru/news/2017/05/26/thermogenetics


  Особо обращу внимание уважаемого читателя на способ обхода барьера "малой проницаемости".
  Внутри будущего объекта манипулирования прежде растят рецептор нужной  ч у в с т в и т е л ь н о с т и. Такой чувствительности, для которой барьер делается  п р о н и ц а е м ы м ...
  Дальше остается только лампочкой помигать :) .

PS
  И вот тут вспомнилась мне одна работа, читанная по совершенно другому поводу. Но суть оказалась той же: обход барьера малой проницаемости через воздействие на находящийся внутри (казалось бы :) ) монолита компонент, более чувствительный к внешнему воздействию.
  {В принципе, если такового, готового внутри, компонента нет, его можно  з а к а ч а т ь  извне. Нефтяники (а статья и шла от их проблем: воздействие на нефтесодержащий пласт) именно так и делают ... }

   Итак, кусочек из работы:


Работа посвящена описанию самосогласованной математической модели термомеханического поведения упругой среды, содержащей пустоты, заполненные химически активным веществом.
[...]
     Сценарий соответствующих процессов имеет следующий вид. Рассмотрим элемент породы, который изначально находится в состоянии механического и теплового равновесия. В ходе прогрева образца породы за счет подвода тепловой энергии в пласт в нем происходит изменение напряженно–деформированного состояния, связанное с термоупругими эффектами. Одновременно с этим, начиная с некоторой критической температуры, происходит пиролиз находящегося в пустотах вещества. В результате внутри пор начинают меняться температура, давление, фазовый и компонентный состав. Это, в свою очередь, снова приводит к изменению напряженно-деформированного и теплового состояния матрицы. Если рассматриваемые процессы достаточно интенсивны, то их результатом может стать возникновение в образце напряжений, приводящих к частичному разрушению матрицы и образованию связной пористости.
Алексеев М.В., Кулешов А.А., Савенков Е.Б.
Математическая модель поведения непроницаемой пористой среды при температурном воздействии.

http://www.keldysh.ru/papers/2017/prep2017_35.pdf


   А что такое "связная пористость"?
   В очень грубом приближении - внутри  м о н о л и т а  получилась разветвлённая система коммуникаций, по которым на монолит можно воздействовать извне. 
   К пользе воздействующего извне.


Tags: Наука
Subscribe

Posts from This Journal “Наука” Tag

  • После дронов (и NEXTA :) )

    современные оптогенетические методы с трудом применимы к таким маленьким существам, так как для подобных исследований требуется дорогое и громоздкое…

  • Почва и кровь-2

    Собственно, про «влияние р а з н ы х почв на иммунитет народов, находящихся на о д н о м уровне развития» писали уже. Почти четверть века назад.…

  • Почва и кровь (о финской гигиенической гипотезе)

    «конкретная группа микробов, полученных из окружающей среды, возможно, каким-то образом способна тренировать или обучать иммунную систему»…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments