声源学获得突破 研究人员用声音控制哺乳动物细胞

索尔克研究人员确定了一种对声音敏感的哺乳动物蛋白质，使他们能够用超声波激活大脑、心脏或其他细胞。该团队用这种方法激活了盘子里的人类细胞和活体小鼠体内的脑细胞，为非侵入式的深层脑刺激、起搏器和胰岛素泵铺平了道路。这些发现将于今天（2022年2月9日）发表在《自然通讯》上。

研究人员表示，超声波是安全的，它可以穿过骨骼、肌肉和其他组织，使它成为操纵身体深处细胞的终极工具。大约十年前，研究人员提出了使用超声波来刺激特定的基因标记细胞群的想法，并创造了"声基因学"一词来描述它。2015年，研究人员表明，在蛔虫Caenorhabditis elegans中，一种名为TRP-4的蛋白质使细胞对低频超声波敏感。当研究人员将TRP-4添加到通常没有TRP-4的C. elegans神经元中时，他们可以用与医学声像图中使用的声波相同超声波激活这些细胞。

然而，当研究人员试图将TRP-4添加到哺乳动物细胞中时，该蛋白无法使细胞对超声波做出反应。据报道，一些哺乳动物的蛋白质对超声波敏感，但似乎都不是临床使用的理想选择。因此，研究人员卡开始寻找一种新的哺乳动物蛋白，使细胞对7MHz的高度超声敏感，这被认为是一个最佳和安全的频率。

研究人员将数百种不同的蛋白质，一次一个地添加到一个普通的人类研究细胞系（HEK）中，该细胞系通常对超声波没有反应。然后，他们将每个细胞培养物放在一个装置下，让他们监测细胞在超声波刺激下的变化。在对蛋白质进行了一年多的筛选，并在近300个候选蛋白质中进行研究后，科学家们终于找到了一个能使HEK细胞对7MHz超声波频率敏感的蛋白质。TRPA1是一种通道蛋白，已知它能让细胞对有毒化合物的存在作出反应，并激活人体的一系列细胞，包括脑和心脏细胞。但是研究团队发现，该通道也在HEK细胞中对超声波做出反应时打开。

为了测试该通道是否能激活其他细胞类型对超声波的反应，该团队使用了一种基因治疗方法，将人类TRPA1的基因添加到活体小鼠大脑的特定神经元组中。然后，当他们对小鼠进行超声波治疗时，只有带有TRPA1基因的神经元被激活。临床医生在治疗包括帕金森病和癫痫在内的疾病时，目前使用深层脑刺激，即通过手术将电极植入大脑，以激活某些神经元子集。现在研究人员表示，超声遗传学有一天可以取代这种方法，下一步将是开发一种可以穿越血脑屏障的基因治疗输送方法，这一点已经在研究之中。