超聲波首次成功控制哺乳動物腦細胞

美國索爾克研究所的科學家在9日出版的《自然·通訊》雜志上發表論文稱，他們對培養皿中的人類細胞和活小鼠的腦細胞進行基因編輯，向其中添加通道蛋白TRPA1，首次用超聲波激活了這些細胞。這種新方法為實現無創性腦深部刺激，開發體外起搏器和胰島素泵鋪平了道路，有望更好地治療癲癇、心臟病等疾病。

該研究負責人斯雷坎特·查拉薩尼說：“無線通信是未來。我們已經知道超聲波可以安全地穿透骨骼、肌肉和其他組織，這使其成為操縱身體內部細胞的終極工具。”

約十年前，查拉薩尼開創了利用超聲波刺激特定遺傳標記細胞群的方法，即“聲遺傳學”。2015年，他的研究團隊發現，將TRP-4添加到通常不擁有這種蛋白的秀麗隱桿線蟲的神經元內以后，可以通過超聲波激活這些細胞。但他們向哺乳動物細胞中添加TRP-4時，卻無法獲得相同的結果。

因此，他們開始尋找新的哺乳動物蛋白質，這種蛋白質可使哺乳動物的細胞在7兆赫（被認為是一種最佳且安全的頻率）的頻率下對超聲波高度敏感。在篩選了近300個候選蛋白后，他們終于找到了TRPA1。TRPA1是一種通道蛋白，已知可以讓細胞對有毒化合物的存在做出反應，并激活人體內的一系列細胞，包括大腦和心臟細胞。

為測試超聲波能否讓TRPA1激活其他類型的細胞，團隊將人類TRPA1的基因添加到活小鼠大腦中的一組特定神經元中，當他們對小鼠照射超聲波時，只有包含TRPA1基因的神經元被激活。

臨床醫生現在使用的腦深部刺激是通過手術在患者大腦中植入電極來激活某些神經元亞群，從而治療帕金森病和癲癇等疾病。查拉薩尼說，有朝一日，聲遺傳學可能會取代這種方法。聲遺傳學或許也可作為一種不需要植入的起搏器來激活心臟細胞。