Optogenetics do uso dos pesquisadores para tratar a dor crônica

A picada do dedo de um espinho gera uma resposta sensorial imediata. Nisso imediato, os neurônios no local de ferimento despedem um sinal elétrico ao longo de uma fibra de nervo ao sistema nervoso central. Nossas notas do cérebro para evitar uns encontros mais adicionais com espinhos e o insulto doloroso abrandam-se.

Mas algumas normas sanitárias causam a dor que é crônica, debilitando, e confundindo frequentemente. A dor pode originar nos órgãos profundamente dentro do corpo e pode afectar sua função. Um curso longo da medicina para tratar o incómodo podia ter os efeitos secundários indesejáveis, incluindo a dependência da droga.

A síndrome intersticial da dor da cistite/bexiga é uma circunstância que afecte milhões nos Estados Unidos apenas. Aqueles afectaram o incómodo abdominal da experiência que aumenta enquanto sua bexiga se enche, que causa por sua vez a urgência e a freqüência urinárias excessivas. Dentro da década passada, os neurocientistas que estudam esta síndrome e outras circunstâncias neurológicas giraram para uma técnica biológica chamada o optogenetics, que usa a terapia genética e a luz para desligar os neurônios sobre e, e potencial para sinais crônicos da dor da volta fora.

Para conseguir um efeito optogenetic, os pesquisadores podem induzir a expressão de proteínas sensíveis à luz, chamada opsins, nos neurônios que detectam a dor. Opsins pode ser derivado das algas ou dos outros organismos, mas igualmente é peça da maquinaria do olho essa luz de sentidos. Porque podem ser ajustados aos comprimentos de onda específicos da luz, têm um papel prometedor a jogar em tratar uma variedade de circunstâncias que envolvem as pilhas excitáveis que produzem impulsos eletroquìmica cobrados, tais como os neurônios e as fibras de músculo. Nos neurônios dedetecção, os opsins podem ser usados para activar ou desactivar os sinais da dor que vêm do sistema nervoso periférico.

Em um estudo publicado na introdução do 22 de novembro de 2017 de relatórios científicos, os pesquisadores com o financiamento do instituto nacional da imagem lactente biomedicável e a tecnologia biológica (NIBIB) relataram o primeiro uso do optogenetics reduzir a dor da bexiga. Seus resultados nos ratos oferecem a esperança para a terapia humana tão necessária.

“Este estudo representa uma nova tecnologia complexa com o potencial enorme compreender como o sistema nervoso periférico interage com a bexiga, conduzindo às terapias novas para controlar a função da bexiga e dor,” disse Michael Wolfson, Ph.D., director do programa de NIBIB em dispositivos médicos implantable e assistivas.

Em seu estudo, as equipes da Faculdade de Medicina da universidade de Washington em St Louis e as Universidades de Illinois no Urbana-Campo executaram testes com os ratos produzidos com as proteínas sensíveis à luz do opsin expressadas nos neurônios dedetecção. Igualmente implantaram alguns ratos com dispositivos do diodo pequeno, flexível, (LED) luminescente que são sem fio controlados. Lançando o em-interruptor do diodo emissor de luz, activaram o opsin, que silenciou o sinal neuronal, tendo por resultado o alívio das dores para os animais. Em um estudo precedente, mostraram que a aproximação poderia controlar a dor nas extremidades dos ratos; no estudo actual, os pesquisadores testaram se um sistema optogenetic similar poderia ser usado para controlar profundamente os neurônios dentro do corpo, com os ratos afetados pela dor da bexiga.

autor Robert Co-superior W. Gereau IV, PhD, é o Dr. Seymour e Rosa T. Brown professor da anestesiologia e director do centro de dor da universidade de Washington. Sua equipe estuda os mecanismos celulares e moleculars da dor crônica e colabora com os clínicos cujos os pacientes são afectados pela desordem. Os “Urologists são usados a tratar os problemas que originam na bexiga, e prevalecer as hipóteses uma é que este problema é pela maior parte uma deficiência orgânica do sistema nervoso,” ele disse. “Esta aproximação optogenetic podia ser uma maneira livre de drogas de fazer um bloco de nervo local que vem da bexiga.”

autor John Co-superior A. Rogers, PhD, professor da ciência de materiais e da engenharia nas Universidades de Illinois, projectou os dispositivos implantados do diodo emissor de luz usados no estudo. Suas construções miniaturizadas, os dispositivos implantable sem fio postos que são flexíveis e stretchable, assim que elas da equipe não impedem o movimento dos animais. Tinham desenvolvido previamente os dispositivos implantados no crânio dos ratos que conectaram directamente com os cérebros dos animal de laboratório.

“Nós podíamos desenvolver dispositivos inteiramente implantable para o controle sem fio e a entrega da luz ao visado, regiões do macio-tecido dos animais, que era a bexiga neste caso,” Rogers disse. “Estes sistemas são originais em seus projectos ultrathin, flexíveis; sua operação bateria-livre; e seu uso de diodos luminescentes do microscale, permitindo desse modo a operação estável no animal, sem alguns efeitos adversos mensuráveis sobre muitos meses.”

Os pesquisadores executaram um grupo de testes usando os ratos cujo o genoma tinha sido alterado para expressar um opsin que fosse responsivo à luz verde. Projectaram uma experiência usar estes dispositivos sem fio do diodo emissor de luz para activar o opsin, conduzindo ao silêncio do neurônio dedetecção, mas somente na área selecionada da bexiga.

Os pesquisadores executaram três testes nos ratos. No primeiro, gravaram sinais eletrônicos da resposta do abdominal-músculo durante um procedimento encher a bexiga. Ambos os ratos normais e os ratos produzidos com o gene sensível à luz do opsin foram incluídos no teste. Quando a luz do diodo emissor de luz de um cabo de fibra óptica iluminou a bexiga, as medidas do sinal eletrônico mostraram que os ratos genetically alterados receberam o alívio das dores durante a exposição à luz.

Os pesquisadores em seguida executaram um teste para medir a dor consultada, em que a dor é sentida em um lugar diferente do local original do estímulo. Neste caso, a dor da bexiga é sentida na parede abdominal. Os “pacientes que têm a síndrome da dor da bexiga são hipersensíveis exercer pressão sobre no abdômen,” Gereau disse. “Você pode medir a hipersensibilidade que usa quantitively a pressão mecânica no abdômen.” Neste teste, os animais com a proteína do opsin receberam a reversão total da dor consultada.

Projectaram um teste mais adicional determinar se os ratos com dor da bexiga responderiam ao alívio das dores da activação de um implante sem fio do diodo emissor de luz. Os pesquisadores colocaram ratos em um labirinto v-dado forma, onde os animais poderiam se mover livremente de uma extremidade para a outro, quando uma câmera gravou seus movimentos. Ratos sem dor da bexiga; se estiveram produzidos com um opsin sensível à luz ou não; preferido predizìvel à aproximação um ou outro canto distante do labirinto, sem a preferência para o lado do labirinto onde o diodo emissor de luz foi girado sobre. Os “ratos gostam de esconder nos cantos destas coisas,” Gereau explicaram.

A equipe observou resultados muito diferentes para um outro grupo de ratos que experimentam a dor da bexiga. Aqueles sem uma proteína sensível à luz do opsin encontraram um canto aleatório à aproximação. Mas aqueles com a proteína sensível à luz do opsin e um diodo emissor de luz implantado preferiram a extremidade do labirinto em que os pesquisadores activaram sem fio o diodo emissor de luz.

“Os ratos estão neste labirinto por 20 minutos e votam com seus pés onde querem estar,” Gereau disseram. “A meu conhecimento, é a primeira vez que alguns de nós no campo da dor puderam demonstrar de forma convincente que um animal tem dor em curso que nós podemos aliviar em uma base do momento-por-momento.”

Para que a aproximação seja aplicada eventualmente à dor crônica humana, os desafios significativos na terapia genética precisariam de ser superados, mas o hardware poderia estar pronto muito logo. “Nós usamos stimulators implantable já; nós temos stimulators da medula espinal, stimulators periféricos do nervo, e stimulators do profundo-cérebro; todas estas coisas são usadas para tratar circunstâncias neurológicas,” Gereau disse. “Nós estamos tentando vir acima com maneiras seguras, não-aditivas de tratar a dor.” Prevê que os pacientes poderiam usar um Smart-telefone app para ajustar a activação do diodo emissor de luz implantado para regular sua dor crônica.

Porque outro na comunidade de pesquisa da dor da bexiga aprenderam sobre a revelação inovativa do dispositivo pela equipe, houve um interesse em usar sua tecnologia sem fio do implante do diodo emissor de luz. Tanto como como outras 60 equipas de investigação começaram a usar os dispositivos nas experiências animais. “Estes dispositivos são fáceis de implantar, e podem operar-se robusta e confiantemente em quase alguma região do animal,” Rogers disse. “A estrutura de custo for tal que podem ser vistos como um único-uso, plataformas descartáveis esse último essencialmente para sempre quando no animal. Nós temos alguns que ainda se estão operando em determinados ratos que nós implantamos quase dois anos há, e nós não vimos nenhuns problemas.”