В новой работе, опубликованной в Neurochemical Research, обнаружили, что низкоинтенсивный сфокусированный ультразвук можно использовать для безопасного и целенаправленного управления активностью живых нейронов, усиливая ключевую для их работы кальциевую сигнализацию. Метод не вредит клеткам: не снижает их жизнеспособность, не нарушает структуру и не разрушает белки.
Нарушения кальциевого обмена (кальциевой сигнализации) – ранний признак многих болезней мозга, ведь именно кальций (Ca²⁺) играет ключевую роль в передаче сигналов между нейронами. При нарушении передачи кальция нейронам трудно выживать, устанавливать связи и правильно функционировать. Команда исследователей из Чехии и Пакистана предположила, что можно безопасно управлять кальциевой сигнализацией с помощью ультразвука без инвазивного вмешательства.
Использование ультразвука для неинвазивного лечения нейродегенеративных заболеваний типа болезни Паркинсона уже применялось ранее. Известно, что ультразвук также может влиять на активность нейронов, открывая механочувствительные ионные каналы.
Ученые выделили нейроны коры головного мозга из эмбрионов крыс и выращивали их в чашках Петри в течение 14 дней. На 14-й день культуры разделили на три группы: контрольную и две опытные, которые подвергли воздействию низкоинтенсивного импульсного ультразвука (частота 300 кГц, длительность 10 минут). Этот метод позволил в реальном времени наблюдать за колебаниями концентрации кальция внутри нейронов.
В результате никакие негативные эффекты от ультразвука обнаружены не были, жизнеспособность клеток и общее содержание белка в опытных группах не отличались от контрольной. Нейроны сохраняли здоровую форму, целостность и разветвленные сети отростков. У нейронов, обработанных ультразвуком, наблюдался выраженный всплеск концентрации внутриклеточного кальция.
Исследование доказывает, что воздействие ультразвуком повысило чувствительность нейронов и их готовность к активации, при этом не вызвав повреждений. Это может быть связано с «запуском» механочувствительных ионных каналов, открывающих путь для кальция, который через них входит в клетку. Также возможно вовлечение каналов во внутриклеточных хранилищах, что приводит к высвобождению кальция из эндоплазматического ретикулума (при участии которого происходит трансляция и транспорт белков и который содержит внутриклеточный запас кальция). О процессе высвобождения кальция таким образом мы уже писали.
Это исследование показывает, что можно использовать ультразвук не только как инструмент для фундаментальных исследований нейропластичности, но и как потенциальный терапевтический метод, направленный на коррекцию нарушений кальциевой сигнализации при нейродегенеративных заболеваниях. Это может стать новым подходом в терапии болезней Паркинсона и Альцгеймера.
Текст: Юлия Баимова