Guardian artikel uit 2016: hoe men door het genetisch modificeren van het Ferritine eiwit op afstand hersenactiviteit en gedrag kan controleren

1
1696
Star Trek - the Borg Collective

Wetenschappers in de Verenigde Staten hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de hersencircuits te controleren die geassocieerd zijn met complexe gedragingen bij dieren, door genetische manipulatie te gebruiken om een gemagnetiseerd eiwit te creëren dat specifieke groepen zenuwcellen van een afstand activeert, schrijft theguardian.com.

Begrijpen hoe de hersenen gedrag tot stand brengen is een van de uiteindelijke doelstellingen van de neurowetenschappen – en een van de moeilijkste vragen. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers een aantal methoden ontwikkeld waarmee zij specifieke groepen neuronen op afstand kunnen besturen en de werking van neuronale circuits kunnen onderzoeken.

De krachtigste methode is de optogenetica, die wetenschappers in staat stelt om met laserlichtpulsen populaties van verwante neuronen per milliseconde aan- of uit te schakelen. Een andere recent ontwikkelde methode, die chemogenetica wordt genoemd, maakt gebruik van gemanipuleerde eiwitten die worden geactiveerd door designer serums en kunnen worden gericht op specifieke celtypes.

Hoewel krachtig, hebben beide methoden nadelen. Optogenetica is invasief, omdat er optische vezels moeten worden ingebracht die de lichtpulsen in de hersenen afgeven, en bovendien is de mate waarin het licht in het dichte hersenweefsel doordringt zeer beperkt. Chemogenetische benaderingen overwinnen deze beide beperkingen, maar induceren gewoonlijk biochemische reacties die verscheidene seconden duren om zenuwcellen te activeren.

De nieuwe techniek, ontwikkeld in het laboratorium van Ali Güler aan de Universiteit van Virginia in Charlottesville, en beschreven in een geavanceerde online publicatie in het tijdschrift Nature Neuroscience, is niet alleen niet-invasief, maar kan ook neuronen snel en omkeerbaar activeren.

Uit verschillende eerdere studies is gebleken dat zenuwcelproteïnen die door warmte en mechanische druk worden geactiveerd, genetisch zo kunnen worden gemanipuleerd dat zij gevoelig worden voor radiogolven en magnetische velden, door ze te hechten aan een ijzerhoudend eiwit, ferritine genaamd, of aan anorganische paramagnetische deeltjes. Deze methoden betekenen een belangrijke vooruitgang – zij zijn bijvoorbeeld reeds gebruikt om de bloedsuikerspiegel bij muizen te regelen – maar impliceren meerdere componenten die afzonderlijk moeten worden ingebracht.

Rittenhouse heeft niets verkeerd gedaan!

De nieuwe techniek bouwt voort op dit eerdere werk en is gebaseerd op een eiwit, TRPV4 genaamd, dat gevoelig is voor zowel temperatuur als uitrekkende krachten. Deze stimuli openen de centrale porie, waardoor elektrische stroom door het celmembraan kan stromen; dit wekt zenuwimpulsen op die naar het ruggenmerg en vervolgens naar de hersenen gaan.

Güler en zijn collega’s redeneerden dat magnetische torsiekrachten (of roterende krachten) TRPV4 zouden kunnen activeren door de centrale porie open te trekken, en daarom gebruikten zij genetische manipulatie om het eiwit te laten samensmelten met de paramagnetische regio van ferritine, samen met korte DNA-sequenties die cellen signalen geven om eiwitten naar het zenuwcelmembraan te transporteren en daarin op te nemen.

In vivo manipulatie van het gedrag van zebravissen met Magneto vertonen Zebravis larven  oprolgedrag in reactie op gelokaliseerde magnetische velden. Uit Wheeler et al. (2016).

Toen ze dit genetische construct introduceerden in menselijke embryonale niercellen die in petrischalen groeiden, synthetiseerde de cellen het ‘Magneto’-eiwit en brachten het in hun membraan in. Toepassing van een magnetisch veld activeerde het gemanipuleerde TRPV1-eiwit, zoals bleek uit voorbijgaande verhogingen van de calciumionenconcentratie binnen de cellen, die werden gedetecteerd met een fluorescentiemicroscoop.

Vervolgens brachten de onderzoekers de Magneto DNA-sequentie in het genoom van een virus in, samen met het gen dat codeert voor groen fluorescerend eiwit, en regulerende DNA-sequenties die ervoor zorgen dat het construct alleen tot expressie komt in gespecificeerde types neuronen. Vervolgens injecteerden zij het virus in de hersenen van muizen, gericht op de entorhinale cortex, en ontleedden de hersenen van de dieren om de cellen te identificeren die groene fluorescentie afgaven. Met behulp van micro-elektroden toonden zij vervolgens aan dat toepassing van een magnetisch veld op de hersenplakken Magneto activeerde, zodat de cellen zenuwimpulsen produceerden.

Massale linkse verkiezingsfraude in de Verenigde Staten

Om na te gaan of Magneto kan worden gebruikt om neuronale activiteit in levende dieren te manipuleren, injecteerden zij Magneto in Zebravis larven, gericht op neuronen in de romp en staart die normaal een ontsnappingsreactie controleren. Vervolgens plaatsten zij de Zebravis larven in een speciaal gebouwd gemagnetiseerd aquarium, en ontdekten dat blootstelling aan een magnetisch veld leidde tot oprolmanoeuvres die vergelijkbaar zijn met die welke optreden tijdens de ontsnappingsreactie. (Bij dit experiment waren in totaal negen Zebravis larven betrokken, en latere analyses wezen uit dat elke larve ongeveer 5 neuronen bevatte die Magneto tot expressie brachten).

In een laatste experiment injecteerden de onderzoekers Magneto in het striatum van zich vrij gedragende muizen, een diepe hersenstructuur die dopamine producerende neuronen bevat die betrokken zijn bij beloning en motivatie, en plaatsten ze de dieren vervolgens in een apparaat dat verdeeld was in gemagnetiseerde en niet-magnetiseerde secties. Muizen die Magneto tot expressie brachten, brachten veel meer tijd door in de gemagnetiseerde gebieden dan muizen die dat niet deden, omdat activering van het eiwit ervoor zorgde dat de striatale neuronen die het tot expressie brachten dopamine vrijgaven, zodat de muizen de aanwezigheid in die gebieden als lonend beschouwden. Dit toont aan dat Magneto op afstand het vrijgeven van neuronen diep in de hersenen kan controleren, en ook complexe gedragingen kan sturen.

Neurowetenschapper Steve Ramirez van de Harvard Universiteit, die optogenetica gebruikt om herinneringen in de hersenen van muizen te manipuleren, zegt dat de studie “geweldig” is.

“Eerdere pogingen [om magneten te gebruiken om neuronale activiteit te controleren] hadden meerdere componenten nodig om het systeem te laten werken – het injecteren van magnetische deeltjes, het injecteren van een virus dat een hittegevoelig kanaal tot expressie brengt, [of] het fixeren van het hoofd van het dier zodat een spoel veranderingen in het magnetisme kan opwekken”, legt hij uit. “Het probleem met een systeem dat uit meerdere componenten bestaat, is dat er zoveel ruimte is voor elk afzonderlijk onderdeel om defect te gaan”.

Amerikaans mediaschandaal: 'Onbesliste' kiezers waren Biden-supporters

“Dit systeem is een enkel, elegant virus dat overal in de hersenen kan worden geïnjecteerd, waardoor het technisch gemakkelijker is en er minder kans is dat bewegende toeters en bellen stuk gaan”, voegt hij eraan toe, “en hun gedragsapparatuur was slim ontworpen om magneten te bevatten waar dat nodig was, zodat de dieren vrij konden rondlopen”.

Magnetogenetica is dan ook een belangrijke aanvulling op de gereedschapskist van neurowetenschappers, die ongetwijfeld verder zal worden ontwikkeld en onderzoekers nieuwe manieren zal bieden om de ontwikkeling en functie van de hersenen te bestuderen.

Kunnen mRNA gentherapie injecties uw DNA blijvend veranderen?

1 REACTIE

  1. Bij mijn pa hebben ze ook een printje met bedrading aangesloten in ze achterhoofd, wat door gegeven wordt door een magneet die daar op zit geplakt.
    Om ze gehoor proberen te activeren.
    Hij zegt dat het er beter van is gewordern, volgens mij niet en is het nog slecht slecht.
    Maar als je al heel lang behoorlijk doof bent, dan ben je op een gegeven moment vergeten hoe een koe klinkt of het gewluid van vogeltjes.
    Ik ben de naam van die techniek even vergeten.

LAAT EEN REACTIE ACHTER

Please enter your comment!
Please enter your name here