Magnetogenetics: Beteenden kan fjärrstyras med genetiskt konstruerade magnetproteiner och virus

TEKNIK. The Guardian skrev 2016 om att magnetiserat protein kan användas för att aktivera hjärnceller snabbt, reversibelt och icke-invasivt. Metoden kallad “magnetogenetics” testades för att per distans kontrollera komplexa djurbeteenden. Forskarna lyckades.

Text: Torbjörn Sassersson | Källa: The Guardian

The Guardian skriver att förståelsen om hur hjärnan genererar beteenden är ett av de ultimata målen för neurovetenskap. Denna målsättning ligger till grund för flera års forskning för att utveckla metoder som gör det möjligt att fjärrstyra neuroner i hjärnan.

Den mest kraftfulla metoden kallas optogenetik, som gör det möjligt för forskare att slå på eller av grupper av nervceller med pulsat laserljus. En annan metod är kemogenetik, vilken använder konstruerade proteiner som kan aktiveras av design-läkemedel och som sedan kan riktas mot specifika celltyper.

Optogenetik beskrivs som invasiv eftersom metoden kräver införande av optiska fibrer som ska leverera ljuspulser i hjärnan. En kemogenetisk metod beskrivs som mer effektiv även om den aktiva påverkan på en hjärna är långsammare.

Magnetogenetics

2016 utvecklades emellertid en ny kemogenetisk metod, som är både icke-invasiv och snabb, i Ali Golners laboratorium vid University of Virginia i Charlottesville. Den beskrevs i tidningen Nature Neuroscience. Metoden är inte bara snabb och icke-invasiv utan den är även reversibel.

Flera tidigare studier har visat att nervcellsproteiner som aktiveras av värme och mekaniskt tryck kan genetiskt konstrueras så att de blir känsliga för radiovågor och magnetfält, genom att fästa dem på ett järnlagrande protein som kallas ferritin alternativt till oorganiska paramagnetiska partiklar, skriver The Guardian. Dessa metoder har till exempel redan använts för att reglera blodsockernivån hos möss.

Den nya tekniken bygger på ett protein som heter TRPV4. Magnetism kan aktivera TRPV4 och med hjälp av genteknik kan proteiner smältas samman med ferritin tillsammans med DNA-sekvenser. Dessa försök med magnetiska proteiner (Magneto) har varit framgångsrika. Forskarna lyckades föra samman magnet-DNA-sekvenser i genomet av ett virus. De injicerade sedan viruset i hjärnsubstans från möss och forskarna konstaterade då att det gick att aktivera de magnetiska proteinerna i hjärnsubstansen med hjälp av magnetfält. Hjärncellerna började signalera.

Nästa nivå i testerna var att utföra dessa på levande djur (fisklarver). Forskarna fann då att de kunde trigga flyktbeteenden.

Därefter testade forskarna att injicera magnetiska proteiner (Magneto) i en hjärnstruktur hos möss innehållande dopaminproducerande neuroner som är involverade i belöning och motivation. Man placerade djuren i en apparat uppdelad i magnetiserade och icke-magnetiserade sektioner. Möss med hjärnor som innehöll magnetiska proteiner kunde aktiveras med magnetfältet. Dessa tillbringade mycket mer tid i de magnetiserade sektionerna eftersom aktiveringen av proteinet frisatte dopamin. Detta visar att det går att fjärrstyra möss genom att aktivera magnetproteinerna djupt inuti hjärnan.

“Mice expressing Magneto spent far more time in the magnetised areas than mice that did not, because activation of the protein caused the striatal neurons expressing it to release dopamine so that the mice found being in those areas rewarding. This shows that Magneto can remotely control the firing of neurons deep within the brain, and also control complex behaviours.”

The Guardian avslutar sin artikel med påståendet att magnetogenetics är ett viktigt tillskott till neurovetenskaparnas verktygslåda, som utan tvekan kommer att utvecklas vidare.

Text och översättning: Torbjörn Sassersson

Källa

• The Guardian: Genetically engineered ‘Magneto’ protein remotely controls brain and behaviour
• Engineering a Genetically Encoded Magnetic Protein Crystal

Relaterat

• Nature: Genetically targeted magnetic control of the nervous system
• Smithsonian: Meet the Two Scientists Who Implanted a False Memory Into a Mouse
• Nature: Remote regulation of glucose homeostasis in mice using genetically encoded nanoparticles
• Nature: Remote control of ion channels and neurons through magnetic-field heating of nanoparticles
• NCBI: Wild-type and Brachyolmia-causing Mutant TRPV4 Channels Respond Directly to Stretch Force
• NCBI: Selective activation of mechanosensitive ion channels using magnetic particles
• Oxford: DREADD: A Chemogenetic GPCR Signaling Platform