Optogenetics di uso dei ricercatori per trattare dolore cronico

La puntura della barretta da una spina genera una risposta sensitiva immediata. In quanto istantaneo, i neuroni al sito di lesione infornano un segnale elettrico lungo le fibre nervose al sistema nervoso centrale. Le nostre note del cervello per evitare ulteriori incontri con le spine e l'insulto doloroso si abbassa.

Ma alcuni stati di salute causano il dolore che è cronico, debilitante e confondente spesso. Il dolore può provenire dagli organi in profondità dentro l'organismo e può pregiudicare la loro funzione. Un corso lungo di medicina per trattare il disagio ha potuto avere effetti secondari indesiderabili, compreso la dipendenza della droga.

La sindrome interstiziale di dolore vescica/di cistite è una circostanza che pregiudica milioni negli Stati Uniti da solo. Quelli hanno pregiudicato il disagio addominale di esperienza che aumenta mentre la loro vescica riempie, che a sua volta causa l'eccessive urgenza e frequenza urinarie. Nella decade passata, i neuroscenziati che studiano questa sindrome ed altre circostanze neurologiche si sono girati verso una tecnica biologica chiamata optogenetics, che usa la terapia genica e l'indicatore luminoso per girare i neuroni in funzione e a riposo e potenzialmente spegnere i segnali cronici di dolore.

Per raggiungere un effetto optogenetic, i ricercatori possono indurre l'espressione delle proteine sensibili alla luce, chiamata opsins, in neuroni che percepiscono il dolore. Opsins può essere derivato dalle alghe o da altri organismi, ma egualmente fa parte del macchinario dell'occhio quell'indicatore luminoso di sensi. Poiché possono essere sintonizzati alle lunghezze d'onda specifiche di indicatore luminoso, hanno un ruolo di promessa nel trattamento delle varie circostanze che fanno partecipare le celle eccitabili che producono gli impulsi elettrochimicamente fatti pagare, quali i neuroni e le fibre di muscolo. In neuroni dipercezione, i opsins possono essere usati per attivare o disattivare i segnali di dolore che vengono dal sistema nervoso periferico.

In uno studio pubblicato nell'emissione del 22 novembre 2017 dei rapporti scientifici, i ricercatori con il finanziamento dall'istituto nazionale della rappresentazione biomedica e la bioingegneria (NIBIB) hanno riferito il primo uso del optogenetics diminuire il dolore della vescica. I loro risultati in mouse offrono la speranza per la terapia umana tanto necessaria.

“Questo studio rappresenta una nuova tecnologia complessa con potenziale enorme di capire come il sistema nervoso periferico interagisce con la vescica, piombo alle nuove terapie per gestire funzione della vescica e dolore,„ ha detto Michael Wolfson, il Ph.D., Direttore del programma di NIBIB in apparecchi medici impiantabili ed assistive.

Nel loro studio, i gruppi dalla scuola di medicina dell'università di Washington a St. Louis e l'università dell'Illinois aUrbana-Champagne hanno eseguito le prove con i mouse sono cresciuto con le proteine sensibili alla luce di opsin espresse in neuroni dipercezione. Egualmente hanno impiantato alcuni mouse con piccolo, flessibile, unità (LED) del diodo a emissione luminosa che sono senza fili controllate. Lanciando l'su opzione del LED, hanno attivato il opsin, che ha fatto tacere il segnale di un neurone, con conseguente sollievo di dolore per gli animali. In uno studio precedente, hanno indicato che l'approccio potrebbe gestire il dolore nelle estremità dei mouse; nello studio presente, i ricercatori hanno provato se un simile sistema optogenetic potrebbe essere usato per gestire i neuroni in profondità dentro l'organismo, con i mouse influenzati da dolore della vescica.

l'autore Robert Co-senior W. Gereau IV, PhD, è il Dott. Seymour e Rosa T. Brown professore di anestesiologia e Direttore del centro di dolore dell'università di Washington. Il suo gruppo studia i meccanismi cellulari e molecolari di dolore cronico e collabora con i clinici di cui i pazienti sono influenzati dal disordine. “Gli urologi sono usati ad occuparsi dei problemi che provengono dalla vescica e prevalere le ipotesi una è che questo problema è in gran parte una disfunzione del sistema nervoso,„ lui ha detto. “Questo approccio optogenetic ha potuto essere un modo senza droga fare un blocco nervoso locale che viene dalla vescica.„

l'autore John Co-senior A. Rogers, il PhD, professore di scienza dei materiali e di assistenza tecnica all'università dell'Illinois, ha progettato le unità impiantate del LED utilizzate nello studio. Le sue configurazioni miniaturizzate, unità impiantabili senza fili autoalimentate che sono flessibili e stretchable, in modo da essi del gruppo non impediscono il movimento degli animali. Precedentemente avevano sviluppato le unità impiantate nel cranio dei mouse che hanno collegato mediante interfaccia direttamente ai cervelli degli animali da laboratorio.

“Potevamo sviluppare le unità completamente impiantabili per controllo wireless e la consegna di indicatore luminoso all'mirato a, regioni del tessuto molle degli animali, che era la vescica in questo caso,„ Rogers ha detto. “Questi sistemi sono unici nelle loro progettazioni ultrasottili e flessibili; la loro operazione senza batteria; ed il loro uso dei diodi luminescenti di microscala, quindi permettente all'operazione stabile nell'animale, senza qualsiasi effetti contrari misurabili durante molti mesi.„

I ricercatori hanno eseguito un insieme delle prove facendo uso dei mouse di cui il genoma era stato modificato per esprimere un opsin che è rispondente a luce verde. Hanno progettato un esperimento per utilizzare queste unità del wireless LED per attivare il opsin, piombo a fare tacere del neurone dipercezione, ma soltanto nell'area selezionata della vescica.

I ricercatori hanno eseguito tre prove in mouse. Nel primo, hanno registrato i segnali elettronici della risposta del addominale-muscolo durante la procedura riempire la vescica. Entrambi i mouse normali ed i mouse sono cresciuto con il gene sensibile alla luce di opsin sono stati inclusi nella prova. Quando l'indicatore luminoso del LED da un cavo a fibre ottiche ha illuminato la vescica, le misure del segnale elettronico hanno indicato che i mouse geneticamente modificati hanno ricevuto il sollievo di dolore durante l'esposizione alla luce.

I ricercatori dopo hanno eseguito una prova per misurare il dolore fatto riferimento, in cui il dolore è ritenuto ad una posizione differente dal sito originale dello stimolo. In questo caso, il dolore dalla vescica è ritenuto nella parete addominale. “I pazienti che hanno sindrome di dolore della vescica sono ipersensibili fare pressione su sull'addome,„ Gereau ha detto. “Potete misurare l'ipersensibilità quantitativo facendo uso di pressione meccanica sull'addome.„ In questa prova, gli animali con la proteina di opsin hanno ricevuto l'inversione totale di dolore fatto riferimento.

Hanno progettato una prova ulteriore per determinare se i mouse con dolore della vescica avrebbero risposto a sollievo di dolore dall'attivazione di un innesto del wireless LED. I ricercatori hanno collocato i mouse in un labirinto a forma di V, in cui gli animali potrebbero muoversi liberamente da un'estremità verso l'altra, mentre una macchina fotografica ha registrato i loro movimenti. Mouse senza dolore della vescica; se sono stati cresciuti con un opsin sensibile alla luce oppure no; prevedibile ha preferito huddle qualsiasi angolo distante del labirinto, senza la preferenza per il lato del labirinto in cui il LED è stato acceso. “I mouse gradiscono nascondersi negli angoli di queste cose,„ Gereau hanno spiegato.

Il gruppo ha osservato i risultati molto differenti per un altro insieme dei mouse che avverte il dolore della vescica. Quelli senza una proteina sensibile alla luce di opsin hanno trovato un angolo casuale per huddle. Ma quelli con la proteina sensibile alla luce di opsin e un LED impiantato hanno preferito l'estremità del labirinto a cui i ricercatori senza fili hanno attivato il LED.

“I mouse sono in questo labirinto per 20 minuti e votano con i loro piedi in cui vogliono essere,„ Gereau hanno detto. “Per quanto sappia, è la prima volta c'è ne di noi nel campo di dolore hanno potuti dimostrare in modo convincente che un animale ha dolore in corso che possiamo alleviare su una base di momento-da-momento.„

Affinchè l'approccio finalmente si applichino a dolore cronico umano, le sfide significative nella terapia genica dovrebbero essere sormontate, ma il hardware potrebbe essere pronto molto presto. “Usiamo già gli stimolatori impiantabili; abbiamo gli stimolatori del midollo spinale, gli stimolatori periferici del nervo e stimolatori del profondo-cervello; tutte queste cose sono usate per trattare le circostanze neurologiche,„ Gereau ha detto. “Stiamo provando a fornire i modi sicuri e non inducenti al vizio trattare il dolore.„ Prevede che i pazienti potrebbero utilizzare uno Smart Phone app per regolare l'attivazione del LED impiantato per regolamentare il loro dolore cronico.

Poichè altri nella comunità di ricerca di dolore della vescica hanno imparato circa lo sviluppo innovatore dell'unità dal gruppo, c'è stato interesse nel usando la loro tecnologia dell'innesto del wireless LED. Altrettanto come altri 60 gruppi di ricerca hanno cominciato facendo uso delle unità negli esperimenti sugli animali. “Queste unità sono facili da impiantare e possono funzionare robusto ed attendibilmente in quasi qualsiasi regione dell'animale,„ Rogers ha detto. “La struttura di costo è tale che possono essere osservate come piattaforme monouso e a perdere quell'ultimo essenzialmente per sempre mentre nell'animale. Abbiamo alcuni che ancora stiano funzionando in determinati mouse che abbiamo impiantato quasi due anni fa e non abbiamo veduto alcuni problemi.„