Tehnici neinvazive de neuromodulare - O nouă eră pentru tratamentul bolii Parkinson

 

De la optogenetică la sonogenetică la magnetognetică, oamenii de știință din întreaga lume investighează noi tehnici de tratare a bolii Parkinson fără a fi nevoie de intervenții chirurgicale invazive.

Încă nu există niciun tratament care să inverseze efectele bolii Parkinson , o afecțiune estimată a afecta  10 milioane de oameni din  întreaga lume. Pe măsură ce speranța de viață crește, numărul persoanelor care suferă de această boală va crește în viitor, făcând o prioritate din  necesitatea unui tratament eficient.

Medicii prescriu medicamente orale pentru ameliorarea principalelor simptome și, pentru câțiva pacienți, utilizează stimularea creierului profund. Electrozii stimulează zonele afectate și ameliorează reacțiile induse de boală, cum ar fi tremurul sau rigiditatea.

Cu toate acestea, respective tehnică  prezintă provocări semnificative, deoarece chirurgii trebuie să facă o gaură în craniu pentru a implanta electrozii. Dar dacă am putea controla neuronii fără a fi nevoie de această procedură invazivă și costisitoare? 

Aceasta este întrebarea pe care unii oameni de știință și-au pus-o în urmă cu câteva decenii, deschizând ușile către ceea ce înseamnă  tehnici neinvazive de neuromodulare . Deși manipularea neuronilor  fără a-i atinge a fost privită ca science - fiction, această metodă a câștigat o mare popularitate, și mai multe grupuri de cercetători din toată lumea au început să o investigheze pentru o mare varietate de afecțiuni, inclusiv boala Parkinson . 

În 2004, una dintre aceste tehnici, denumită  optogenetică, a fost descrisă pentru prima dată, revoluționând domeniul neurologiei. Acesta constă în modificarea genetică a celulelor creierului pentru a exprima proteinele sensibile la lumină, ceea ce înseamnă că activitatea unui  neuron poate fi controlată folosind impulsuri luminoase . Până anul trecut, această procedură era încă considerată invazivă, deoarece obținerea impulsurilor de lumină din interiorul creierului pentru controlul celulelor necesita implanturi. Cu toate acestea, un grup de cercetători de la Universitatea Stanford  a dezvoltat cu succes o versiune fără implant a tehnicii, făcând posibilă optogenetica creierului profund fără intervenții chirurgicale la șoareci.

Urmând principiile optogeneticii, o nouă tehnică numită  sonogenetică a  fost propusă în 2015. „Am descoperit un nou set de proteine, care în mod normal nu sunt exprimate în celulele pe care încercăm să le controlăm. Și lucrul special al acestor proteine ​​este că sunt sensibile la ultrasunete ”, explică Sreekanth Chalasani, profesor asociat la Institutul Salk pentru Studii Biologice, din SUA, și primul care a descris sonogenetica. „ Prin livrarea acestor proteine la celulele afectate, ele devin receptiv la ultrasunete“ , spune el. „ Nu a fost  nevoie de nici o intervenție chirurgicală, stick traductorul pe craniu, și livrați  ultrasunete pentru a controla celulelele “, potrivit articolului publicat de Marina Ollé Hurtado, in revista online youris.com.

Pe lângă faptul că intervenția chirurgicală nu este necesară, unul dintre principalele avantaje ale acestei tehnici este siguranța acesteia, așa cum subliniază Chalasani. „Ultrasunetele sunt unde sonore cu frecvențe mai mari decât ceea ce pot auzi oamenii. Este sigur, neinvaziv și avem multă experiență cu el . Timp de decenii, ne - am folosit cu ultrasunete pentru copii de imagine și pentru a calma durerea“ , explica el. Mai mult, ultrasunetele trec prin piele și os. Din acest motiv, „ traductorul care produce ultrasunetele poate fi în afara corpului și poate viza structuri care sunt adânci în creier, așa cum este necesar pentru ameliorarea simptomelor bolii Parkinson ” , adaugă Chalasani.

Deși s-au realizat multe din 2015, unele întrebări rămân nerezolvate. Pe de o parte, oamenii de știință trebuie să găsească o modalitate fiabilă de a introduce proteine ​​sensibile la lumină și ultrasunete în corpul uman.  „Avem nevoie de o modalitate de a exprima o proteină doar în celulele dorite, și nu în altă parte.“ Pe de altă parte,  tehnologia traductorului trebuie, de asemenea, dezvoltată în continuare . „ Vrem ceva mic, dar care să producă suficientă energie pentru a trece prin craniu fără a încălzi creierul”, explică Chalasani. 

 
În afară de utilizarea luminii și ultrasunetelor, oamenii de știință au descoperit că ar putea folosi magneți pentru a controla comportamentul celulelor. Ei au numit această abordare  magnetogenetică . Deschis UE FET Proiectul Magneuron , care a început în 2016, a căutat să utilizeze tehnica pentru terapia de substituție cu celule în avans cu un pas mai departe.

Principiul este simplu:  înlocuirea neuronilor deteriorați din creier cu alții noi , sănătoși, creați în laborator. Dar terapia se confruntă cu o provocare semnificativă, având în vedere complexitatea creierului uman. „ În regenerarea creierului, avem o problemă când vine vorba de sistemul nervos central. Plasezi neuronii din creier si ei "Nu știu unde să merg după transplant. De asemenea, conectivitatea dintre neuroni nu este restabilită ”, explică Rolf Heumann, șeful grupului de neurochimie moleculară de la Universitatea Ruhr Bochum, din Germania, și unul dintre participanții la proiectul Magneuron.

Conceptul studiului MAGNEURON - Prin proiectul UE MAGNEURON

Pentru a depăși această provocare, consorțiul interdisciplinar a avut ideea de a preîncărca neuronii în laborator cu nanoparticule magnetice astfel încât, odată implantate în creier, oamenii de știință să poată controla direcția în care neuronii cresc folosind magneți.

Una dintre principalele diferențe în ceea ce privește cele două tehnici explicate mai înainte este că, în acest caz,  „Cu metodele pe care le folosim, încercăm să evităm manipularea genetică”, explică Heumann. „Folosim nanoparticule care au proteine ​​responsabile de dirijarea creșterii neuronului atașat la acestea. Aceste proteine ​​sunt fabricate în bacterii, purificate și atașate la nanoparticule. Prin urmare, " nu e o metoda genetica primar pe pacient.“  a subliniat Heumann.

Cercetătorii au atins diferite etape. „Am descris cum să manipulăm nanoparticulele pure și să legăm proteinele de acestea. De asemenea, am găsit o modalitate de a introduce nanoparticulele în celulele vii și de a le manipula odată în interior ”, explică Fabian Raudzus, profesor asistent la Universitatea Kyoto, din Japonia, care a lucrat și el la proiect.

Una dintre cele mai semnificative realizări a fost de a găsi o modalitate de a încărca nanoparticulele în multe celule în același timp . „ Ideea este că aplicăm o oarecare presiune asupra celulelor, astfel încât să putem împinge o cantitate mai mare de nanoparticule în ele”, spune doctorul Sebastian Neumann, de la Universitatea Ruhr Bochum, din Germania, și un alt participant la proiectul Magneuron. „Și aceasta ar fi o abordare importantă pentru viitor când vine vorba de tratamentul pacienților”.

Deși proiectul s-a încheiat în 2019, unii dintre membri continuă să lucreze în acest domeniu, concentrându-se în principal pe găsirea unui gradient magnetic stabil pentru controlul nanoparticulelor, evaluarea efectelor nanoparticulelor pe termen lung și trecerea de la studiile in vitro la celule la organoizi.

Abordările neuromodulării alimentează speranțe mari: promit nu numai să evite intervenția chirurgicală invazivă, ci și să reactiveze neuronii deteriorați și să inverseze efectele multor tulburări neurodegenerative.