211service.com
Lyskontakt til blærekontrol
En startup fra Case Western Reserve University i Cleveland planlægger at kommercialisere molekylære lysafbrydere, en genetisk teknologi, der hurtigt har slået rod i forskningsverdenen. Oprindeligt udviklet i 2006, involverer teknologien indsprøjtning af små stykker DNA i levende dyr for at tillade specifikke neuroner at blive kontrolleret med lys. Virksomheden, kaldet LucCell, vil først fokusere på at udvikle terapier til at genoprette blærekontrol hos lammede mennesker.
Lysstyring: En rygmarvsneuron (grøn), der bærer det lysfølsomme kanalrhodopsin-protein - når den rammes af lys, sender cellen et signal til mellemgulvsmusklen, der hjælper en lammet gnaver med at trække vejret.
Indsatsen signalerer en stigende interesse for at udvikle disse unikke forskningsværktøjer til klinisk brug. Ed Boyden, en neuroforsker ved MIT og en af de oprindelige opfindere af teknologien, dannede en startup tidligere på året for at udvikle nye terapier til blindhed. (Boyden er klummeskribent for Technology Review.) Det er spændende at se interesse for at skubbe denne teknologi, som blev betragtet som et kraftfuldt grundlæggende videnskabeligt værktøj, ind i klinikken, siger Boyden.
De molekylære lyskontakter indeholder et gen for et lysfølsomt protein afledt af alger, kaldet channelrhodopsin-2, samt molekylære instruktioner, der begrænser dets ekspression til en specifik undergruppe af celler. Genet afgives til målvævet via en virus, ligesom i genterapi. Når først det er optaget i cellen, udløser DNA'et produktion af et protein, der aktiverer cellen, når det udsættes for lys.
Tilgangen er blevet et af de hotteste nye værktøjer inden for neurovidenskab, og den bliver brugt over hele kloden til at studere psykiatriske og neurologiske lidelser som depression, afhængighed og epilepsi samt normale hjernefunktioner som bevægelse og hukommelse.
LucCell vil primært fokusere på vejrtrækning og blærefunktion hos lammede. I begge tilfælde kan signaler fra hjernen ikke længere nå de relevante muskler. Ideen er at gøre neuronerne, der kontrollerer disse muskler, lysfølsomme; cellerne kunne derefter tændes eller slukkes med en implanteret lyskilde. Vi mener, at lys-switch-teknologien lettest kunne anvendes på disse mål, fordi de kun kræver en eller to muskler - mellemgulvet til vejrtrækning og den ydre lukkemuskel til blærefunktion, siger Jerry Silver, neuroforsker ved Case Western og præsident for LucCell. . Jeg er virkelig optimistisk over, at vi kan hjælpe folk. Silver driver virksomheden sammen med to kolleger hos Case Western, Stefan Herlitze og Evan Deneris.
Sidste år viste Silver og hans samarbejdspartnere, at kanalrhodopsin kunne bruges til at genoprette vejrtrækningsfunktionen hos lammede gnavere. Forskere genskabte først en rygmarvsskade på højt niveau hos gnavere, og lammede halvdelen af mellemgulvet. De sprøjtede derefter kontakten ind i rygmarven, nær de nerver, der styrer den forkrøblede muskel. Lys på disse celler udløste muskelsammentrækninger i mellemgulvet. Papiret viser bemærkelsesværdig genopretning af vejrtrækningsfunktionen på siden af dyret med nedsat funktion, der varede i et døgn, selv efter lyset blev slukket, siger Silver.
Forskerne arbejder også på at genoprette blærekontrollen, et problem for en stor procentdel af lammede mennesker. For at tømme blæren går et signal fra hjernen ned gennem rygmarven og signalerer lukkemusklen til at slappe af og frigive urin. Denne forbindelse afbrydes ved rygmarvsskade, hvilket forhindrer normal vandladning. Et meget kraftigt lokalt kredsløb holder lukkemusklen lukket, siger Silver, hvorfor patienterne skal kateterisere sig selv – en proces, der kan føre til infektioner og andre komplikationer. Dette er højt på listen over ting, som folk med lammelse gerne vil have rettet.
Forskerne tester nu en lidt anderledes molekylær lyskontakt kaldet hvirveldyr rhodopsin 4, som slukker celler som reaktion på lys i stedet for at aktivere dem. Indsprøjtning af genet i neuronerne, der styrer lukkemusklen, ville gøre det muligt for disse celler at blive slukket som reaktion på lys, hvilket tillader lukkemusklen at slappe af.
I sidste ende vil forskerne gerne kombinere denne off-switch med en mekanisme til at klemme blæren, en anden del af normal vandladning. Vi kunne sætte en tænd-switch ind i kernen, der klemmer blæren, eller vi kunne arbejde med folk, der klemmer blæren ved hjælp af funktionel elektrisk stimulation, siger Silver. Ved funktionel elektrisk stimulation bruges implanterede elektroder til at kontrollere lammede muskler.
Forskere skal stadig overvinde flere forhindringer for at udvikle teknologien til en praktisk behandling. De bliver nødt til at finde ud af, hvordan de sikkert kan levere både DNA'et og lyset til de relevante nerveceller. LucCell er ved at udvikle en version af lyskontakterne, der leveres ved hjælp af vira, der allerede er almindelige i humane genterapier. Forskerne samarbejder med Boyden om at modificere en implanterbar lyskilde lavet af en miniaturelaser eller LED, der er knyttet til en optisk fiber.
Den største udfordring vil være sikkerhed, siger Karl Deisseroth, en neuroforsker ved Stanford, som ikke var involveret i forskningen. Du skal bekymre dig om ting som muligheden for sjældne, men alvorlige immunreaktioner på proteinerne og enheder. Fordi proteinet er afledt af alger, er der en vis bekymring for, at det kan udløse et immunrespons eller vise sig at være giftigt for cellen på lang sigt. Tidligere på året offentliggjorde Boyden og hans samarbejdspartnere det første papir, der testede kanalrhodopsin-teknologien i primater, der udtrykker proteinet i frontal cortex hos makakaber. Dyrene viste ingen usædvanlige tegn på skade ni måneder senere. Men i betragtning af teknologiens nyhed vil der sandsynligvis være behov for omfattende sikkerhedstests.