Американські дослідники показали, що людський рецептор болю та ірритантів TRPA1 можна активувати ультразвуком. Використовуючи цю властивість, вчені вбудували TRPA1 в моторну кору миші і за допомогою неінвазивного випромінювання змусили її смикати лапою. Дослідження опубліковано в.
Вже досить давно нейробіологи з'ясували, що нейрони ссавців можна активувати за допомогою ультразвуку в певному діапазоні частот, і цей факт навіть пробували використовувати для лікування хронічних болів у людей. Ми також розповідали, як ультразвукова стимуляція мозку мавп вплинула на їхні рішення. Тим не менш, механізм активації ультразвуком залишався невідомим. Вчені припускали, що це пов'язано з активацією механорецепторів звуковим пучком. Дійсно, кілька відомих механорецепторів при надекспресії в модельних клітинах під дією ультразвуку досить високої частоти (10 мегагерц) починали проводити струм.
Американські біологи з Інституту Солка та Університету Каліфорнії в Сан-Дієго виявили, що ультразвук ефективно активує добре вивчений людський рецептор TRPA1, що призводить до виникнення різності потенціалів на клітинній мембрані. Експресія цього іонного каналу в нейронах дозволила спрямовано включати їх ультразвуком - як в чашці Петрі, так і в мишиному мозку.
Білок TRPA1 це іонний канал, який під дією ряду факторів відкривається і починає пропускати іони кальцію, що призводить до збудження нейрона. Він відомий також як «рецептор васабі» через те, що його індукує аліл ізотіоціанат - активний компонент хріна і гірчиці. Крім різноманітних їдких речовин канал відкривається під дією холоду і є компонентом системи ноцицепції, тобто сприйняття болю.
Вчені виявили здатність активувати TRPA1 ультразвуком у процесі масштабного скринінгу, під час якого перевірили на клітинах майже 200 різних іонних каналів. Виявилося, що саме людський TRPA1 найкраще відповідає на ультразвук необхідного діапазону (стабільно викликає внутрішньоклітинний струм кальцію), і підходить для штучної активації нейронів ссавців. Аналізуючи причини індукції TRPA1 ультразвуком, автори роботи виявили, що вона відбувається незалежно від індукції хімічними речовинами, і, мабуть, зав'язана на цитоскелет, тобто дійсно швидше механічної природи.
Після перевірки на ізольованих нейронах, вчені перейшли до експериментів на мишах. Групі тварин у мозок ввели адено-асоційований вірус з геном TRPA1, щоб експресувати канал у певному шарі моторної кори, що контролює кінцівки (відомо, що в мозку TRPA1 в нормі не працює). Через пару тижнів був проведений експеримент з індукції - мишам неінвазивно прикладали до черепу передавач і спрямованим пучком ультразвуку з частотою 7 мегагерц протягом 100 мілісекунд індукували канал. У цей момент у тварини посмикувалася кінцівка, що означало успішну активацію ділянки кори.
Після експерименту автори роботи перевірили у тварин відсутність витоку білків з крові в мозок, таким чином підтвердивши, що гематоенцефалічний бар'єр не був порушений в процесі. На поведінку мишей ультразвук так само не вплинув. За результатами перевірок вчені зробили висновок, що стимуляція ультразвуком є зручним і безпечним неінвазивним методом. За аналогією з оптогенетикою такий метод активації модифікованих нейронів назвали соногенетикою, при цьому для нього не потрібно вставляти в мозок оптоволокно.
Нещодавно для тих же цілей дослідники спробували застосувати інший іонний канал - термочутливий TRPV1, проте в згаданому експерименті ультразвук викликав розігрівання тканини і опосередковану активацію каналу, тому метод назвали сонотермогенетикою.