במה שיום אחד יכול להפוך לטיפול חדש באפילפסיה, חוקרים מאוניברסיטת סן פרנסיסקו, אוניברסיטת סנטה קרוז ואוניברסיטת ברקלי השתמשו בפולסי אור כדי למנוע פעילות דמוית התקפים בנוירונים.
החוקרים השתמשו ברקמת מוח שהוסרה מחולי אפילפסיה כחלק מהטיפול שלהם.
בסופו של דבר, הם מקווים שהטכניקה תחליף ניתוח להסרת רקמת המוח שבה מקורם ההתקפים, ותספק אפשרות פחות פולשנית לחולים שלא ניתן לשלוט בתסמינים שלהם באמצעות תרופות.
הצוות השתמש בשיטה המכונה אופטוגנטיקה, שמשתמשת בנגיף לא מזיק כדי להעביר גנים רגישים לאור ממיקרואורגניזמים לקבוצה מסוימת של נוירונים במוח שניתן להפעיל ולכבות באמצעות פעימות אור.
זוהי ההדגמה הראשונה שניתן להשתמש באופטוגנטיקה כדי לשלוט בפעילות ההתקפים ברקמת מוח אנושית חיה, והיא פותחת דלת לטיפולים חדשים למחלות ומצבים נוירולוגיים אחרים.
"זה מייצג צעד ענק לקראת דרך חדשה ועוצמתית לטיפול באפילפסיה ובמצבים אחרים ככל הנראה", אמר תומאש נובאקובסקי, דוקטור, עוזר פרופסור לכירורגיה נוירולוגית ושותף בכיר במחקר, שמופיע ב-15 בנובמבר מדעי המוח בטבע.
להכניע את קוצי האפילפסיה
כדי לשמור על הרקמה בחיים מספיק זמן כדי להשלים את המחקר, שנמשך מספר שבועות, יצרו החוקרים סביבה המחקה תנאים בתוך הגולגולת.
ג'ון אנדרוז, MD, תושב בנוירוכירורגיה, הניח את הרקמה על מצע תזונתי הדומה לנוזל המוח השדרתי הרוחץ את המוח.
דיוויד שפר, דוקטור, מהנדס ביו-מולקולרי באוניברסיטת ברקלי מצא את הנגיף הטוב ביותר לספק את הגנים, כך שהם יעבדו בתאי העצב הספציפיים שאליהם כיוון הצוות.
לאחר מכן הניח אנדרוז את הרקמה על מצע אלקטרודות קטן מספיק כדי לזהות את הפרשות החשמליות של נוירונים המתקשרים זה עם זה.
כאשר המוח פועל כרגיל, נוירונים שולחים אותות בזמנים ובתדרים שונים בפטפוט צפוי, ברמה נמוכה. אבל במהלך התקף, הפטפוט מסתנכרן להתפרצויות רועשות של פעילות חשמלית שמציפה את השיחה האקראית של המוח.
הצוות קיווה להשתמש בפולסי האור כדי למנוע את ההתפרצויות על ידי כיבוי נוירונים שהכילו חלבונים רגישים לאור.
ניסוי בשלט רחוק
ראשית, הצוות היה צריך למצוא דרך להפעיל את הניסויים שלהם מבלי להפריע לרקמה. האלקטרודות הזעירות היו במרחק של 17 מיקרון בלבד – פחות ממחצית רוחב שערה אנושית – והתנועה הקטנה ביותר של פרוסות המוח עלולה להטות את תוצאותיהן.
Mircea Teodorescu, PhD, פרופסור חבר להנדסת חשמל ומחשבים ב-UCSC ושותף בכיר במחקר, עיצב מערכת שלט רחוק כדי לתעד את הפעילות החשמלית של הנוירונים ולהעביר פולסי אור לרקמה.
המעבדה של תאודורסקו כתבה תוכנה שאפשרה למדענים לשלוט במכשיר, כך שהקבוצה תוכל לכוון ניסויים מסנטה קרוז על הרקמה במעבדה של נובאקובסקי בסן פרנסיסקו.
כך, אף אחד לא היה צריך להיות בחדר שבו נשמרה הטישו.
זה היה שיתוף פעולה ייחודי מאוד לפתרון בעיית מחקר מורכבת להפליא. העובדה שבאמת השגנו את ההישג הזה מראה כמה רחוק אנחנו יכולים להגיע כשאנחנו מפגישים את החוזקות של המוסדות שלנו".
Mircea Teodorescu, PhD, פרופסור חבר להנדסת חשמל ומחשבים ב-UCSC
תובנה חדשה לגבי התקפים
אופטוגנטיקה מאפשרת לחוקרים להתקרב לקבוצות נפרדות של נוירונים.
הקבוצה יכלה לראות אילו סוגי נוירונים וכמה מהם נדרשים כדי להתחיל התקף. והם קבעו את עוצמת האור הנמוכה ביותר הדרושה כדי לשנות את הפעילות החשמלית של הנוירונים בפרוסות מוח חיות.
החוקרים יכלו גם לראות כיצד אינטראקציות בין נוירונים מעכבות התקף.
אדוארד צ'אנג, MD, יו"ר הכירורגיה הנוירולוגית ב-UCSF, אמר שהתובנות הללו יכולות לחולל מהפכה בטיפול באנשים עם אפילפסיה.
"אני מאמין שבעתיד, לא נצטרך לעשות זאת אם נשתמש בגישה מהסוג הזה", אמר צ'אנג, שיחד עם נוקובסקי הוא חבר במכון UCSF Weill למדעי המוח.
"נוכל לתת לאנשים שליטה הרבה יותר עדינה ויעילה על ההתקפים שלהם תוך כדי שמירה עליהם מניתוח כל כך פולשני".
