Ultrasuoni a bassa frequenza per attivare i neuroni. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637  può risultare molto utile con questa tecnica. / Low frequency ultrasound to activate the neurons. The patent process ENEA RM2012A000637 can be very useful with this technique.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa.

Rappresentazione artistica degli ultrasuoni che attivano i

 neuroni del verme C. elegans (Cortesia: Salk Institute)

Artistic representation of ultrasound that activate neurons of 

the worm C. elegans (Courtesy: Salk Institute)

I neuroni del verme Caenorhabditis elegans possono essere attivati in modo selettivo grazie a una nuova tecnica, denominata sonogenetica, basata su ultrasuoni a bassa frequenza che agiscono sul canale ionico di membrana TRP-4. Il risultato potrebbe essere replicato su diversi tipi di cellule anche in altri animali, compresi i mammiferi, con interessanti prospettive per lo studio della biologia cellulare(red)

I neuroni, così come altri tipi di cellule, possono essere attivati in modo selettivo grazie a una nuova tecnica chiamata sonogenetica, inventata e sperimentata con successo da un gruppo di ricercatori del Salk Institute guidato da Sreekanth Chalasani che firmano un articolo apparso su “Nature Communications”. 

Nel campo delle neuroscienze sono in uso da alcuni anni tecniche di optogenetica che consentono di attivare e silenziare selettivamente alcuni neuroni bersaglio mediante impulsi di luce laser. Queste tecniche si basano sull'inserimento di speciali proteine sensibili alla luce nei canali ionici nella membrana cellulare, che hanno la funzione di regolare l'entrata e l'uscita nella cellula degli ioni che innescano il potenziale d'azione, il segnale nervoso.

L'approccio optogenetico tuttavia ha alcuni inconvenienti, il principale dei quali è l'invasività del procedimento. Per inviare l'impulso di luce alle cellule nervose occorre infatti impiantare fibre ottiche nel cervello. Inoltre, una volta arrivata sui tessuti cerebrali, la luce viene diffusa in tutto il resto del corpo.

Chalasani e colleghi hanno sviluppato un approccio simile, utilizzando però gli ultrasuoni.

“A differenza delle tecniche che usano la luce, gli ultrasuoni a bassa frequenza possono attraversare l'organismo senza essere diffusi”, ha spiegato Chalasani. “Questo sarebbe un notevole vantaggio quando si vuole stimolare una regione profonda del cervello senza influenzare le altre”, ha aggiunto Stuart Ibsen, che ha partecipato allo studio.

Gli autori hanno sperimentato la nuova metodica sul nematode Caenorhabditis elegans, sfruttando la capacità di microbolle di gas, al di fuori dell'organismo del verme, di amplificare le gli ultrasuoni.

“Le  microbolle si gonfiano e si sgonfiano in sincronia con le onde di pressione a ultrasuoni”, ha sottolineato Ibsen. “Queste oscillazioni possono poi propagarsi in modo non invasivo nel verme”.

Ma come fanno gli ultrasuoni a influenzare il comportamento delle cellule? Chalasani e colleghi hanno scoperto che un particolare canale ionico di membrana, denominato TRP-4, risponde a queste onde, e può essere inserito nella membrana cellulare dei neuroni per consentire di controllarne l'attivazione.La sperimentazione finora è stata condotta solo su neuroni di C. elegans, ma secondo gli autori il TRP-4 potrebbe essere aggiunto in qualunque tipo di cellula sensibili al calcio in diversi organismi, compresi i mammiferi, utilizzando microbolle iniettate nel flusso sanguigno in modo che si distribuiscano in tutto il corpo, con una tecnica che viene già utilizzata in diverse metodiche di imaging diagnostico.

ENGLISH

The neurons of the worm Caenorhabditis elegans can be activated selectively thanks to a new technique, called sonogenetica, based on low frequency ultrasound that act on ion channel of TRP-4 membrane. The result could be replicated on different types of cells in other animals, including mammals, with interesting perspectives for the study of cell biology (red)

The neurons, as well as other types of cells, can be activated selectively thanks to a new technique called sonogenetica, invented and successfully tested by a team of researchers at the Salk Institute led by Sreekanth Chalasani who sign an article in "Nature Communications ".

In neuroscience I have been used for some years optogenetics techniques to selectively activate and mute certain target neurons using pulses of laser light. These techniques are based on the insertion of special proteins sensitive to light in the ion channels in the cell membrane, which have the function of regulating the entry and the exit of the ions in the cell that trigger the action potential, the nerve signal.

The optogenetico approach however has some drawbacks, the main of which is the invasiveness of the procedure. To send a pulse of light to nerve cells must indeed implanted optical fibers in the brain. Moreover, once arrived on brain tissues, the light is diffused throughout the rest of the body.

Chalasani and colleagues have developed a similar approach, using ultrasound, however.

"Unlike techniques that use light, the low-frequency ultrasound can cross the body without being circulated," explained Chalasani. "This would be a great advantage when you want to stimulate a deep region of the brain without affecting the other," added Stuart Ibsen, who participated in the study.

The authors have tested the new method on the nematode Caenorhabditis elegans, exploiting the ability of the gas microbubbles, outside the body of the worm, to amplify the ultrasound.

"The micro-bubbles inflate and deflate in sync with the pressure waves ultrasound," said Ibsen. "These oscillations can then propagate non-invasively in the worm".

But how do ultrasound to influence the behavior of cells? Chalasani and colleagues found that a particular membrane ion channel, called TRP-4, responds to these waves, and can be inserted into the neuronal cell membrane to allow you to control the attivazione.La testing so far has been conducted only on neurons C. elegans, but according to the authors the TRP-4 could be added in any type of cell susceptible to calcium in different organisms, including mammals, using microbubbles injected into the bloodstream so that they are distributed throughout the body, with a technique which is already used in various diagnostic imaging methods.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2015/09/16/news/sonogenetica_controllo_neuroni-2767120/