211service.com
Lichtschakelaar voor blaascontrole
Een startup van Case Western Reserve University in Cleveland is van plan moleculaire lichtschakelaars op de markt te brengen, een genetische technologie die snel wortel heeft geschoten in de onderzoekswereld. Oorspronkelijk ontwikkeld in 2006, omvat de technologie het injecteren van kleine stukjes DNA in levende dieren om specifieke neuronen met licht te laten controleren. Het bedrijf, LucCell genaamd, zal zich in de eerste plaats richten op het ontwikkelen van therapieën om de controle over de blaas bij verlamde mensen te herstellen.
Lichtbesturing: Een neuron in het ruggenmerg (groen) dat het lichtgevoelige channelrhodopsine-eiwit draagt. Wanneer het met licht wordt geraakt, stuurt de cel een signaal naar de middenrifspier, waardoor een verlamd knaagdier kan ademen.
De inspanning wijst op een groeiende interesse in het ontwikkelen van deze unieke onderzoekstools voor klinisch gebruik. Ed Boyden, een neurowetenschapper aan het MIT en een van de oorspronkelijke uitvinders van de technologie, richtte eerder dit jaar een startup op om nieuwe therapieën voor blindheid te ontwikkelen. (Boyden is een columnist voor Technology Review.) Het is opwindend om te zien dat er interesse is om deze technologie, die werd beschouwd als een krachtig basiswetenschappelijk hulpmiddel, naar de kliniek te pushen, zegt Boyden.
De moleculaire lichtschakelaars bevatten een gen voor een lichtgevoelig eiwit afgeleid van algen, genaamd channelrhodopsin-2, evenals moleculaire instructies die de expressie ervan beperken tot een specifieke subset van cellen. Het gen wordt via een virus aan het doelweefsel afgeleverd, net zoals bij gentherapie. Eenmaal opgenomen in de cel, activeert het DNA de productie van een eiwit dat de cel activeert bij blootstelling aan licht.
De aanpak is een van de populairste nieuwe instrumenten in de neurowetenschappen geworden en wordt over de hele wereld gebruikt om psychiatrische en neurologische aandoeningen zoals depressie, verslaving en epilepsie te bestuderen, evenals normale hersenfuncties zoals beweging en geheugen.
LucCell zal zich vooral richten op ademhaling en blaasfunctie bij verlamde mensen. In beide gevallen kunnen signalen uit de hersenen de betreffende spieren niet meer bereiken. Het idee is om de neuronen die die spieren aansturen lichtgevoelig te maken; de cellen kunnen dan worden in- of uitgeschakeld met een geïmplanteerde lichtbron. We zijn van mening dat de lichtschakelaartechnologie het gemakkelijkst kan worden toegepast op die doelen, omdat ze slechts een of twee spieren nodig hebben - het diafragma om te ademen en de externe sluitspier voor de blaasfunctie, zegt Jerry Silver, een neurowetenschapper bij Case Western en president van LucCell . Ik ben echt optimistisch dat we mensen kunnen helpen. Silver runt het bedrijf met twee collega's van Case Western, Stefan Herlitze en Evan Deneris.
Vorig jaar toonden Silver en zijn medewerkers aan dat channelrhodopsin kan worden gebruikt om de ademhalingsfunctie bij verlamde knaagdieren te herstellen. Onderzoekers creëerden eerst een hoog niveau van dwarslaesie bij knaagdieren, waardoor de helft van het diafragma verlamd werd. Vervolgens injecteerden ze de schakelaar in het ruggenmerg, in de buurt van de zenuwen die de kreupele spier aansturen. Het schijnen van licht op die cellen veroorzaakte spiersamentrekkingen in het middenrif. Het artikel laat een opmerkelijk herstel van de ademhalingsfunctie zien aan de kant van het dier met een verminderde functie, dat een dag aanhield, zelfs nadat het licht was uitgeschakeld, zegt Silver.
De onderzoekers werken ook aan het herstellen van de controle over de blaas, een probleem voor een groot percentage van de verlamde mensen. Om de blaas te legen, gaat een signaal van de hersenen door het ruggenmerg, waardoor de sluitspier zich ontspant en urine afgeeft. Die verbinding wordt verbroken bij dwarslaesie, waardoor normaal urineren wordt voorkomen. Een zeer krachtig lokaal circuit houdt de sluitspier gesloten, zegt Silver, daarom moeten patiënten zichzelf katheteriseren - een proces dat kan leiden tot infecties en andere complicaties. Dit staat hoog op de lijst van dingen die mensen met verlamming graag opgelost zouden zien.
De onderzoekers testen nu een iets andere moleculaire lichtschakelaar genaamd rhodopsin 4 van gewervelden, die cellen uitschakelt als reactie op licht in plaats van ze te activeren. Door het gen te injecteren in de neuronen die de sluitspier aansturen, kunnen die cellen worden uitgeschakeld als reactie op licht, waardoor de sluitspier kan ontspannen.
Uiteindelijk willen de onderzoekers deze uit-schakelaar combineren met een mechanisme om in de blaas te knijpen, een ander onderdeel van normaal urineren. We zouden een aan-schakelaar kunnen plaatsen in de kern die in de blaas knijpt, of we kunnen werken met mensen die in de blaas knijpen met functionele elektrische stimulatie, zegt Silver. Bij functionele elektrische stimulatie worden geïmplanteerde elektroden gebruikt om verlamde spieren te controleren.
Onderzoekers moeten nog een aantal obstakels overwinnen om de technologie tot een praktische behandeling te ontwikkelen. Ze zullen moeten uitzoeken hoe ze zowel het DNA als het licht veilig aan de juiste zenuwcellen kunnen leveren. LucCell ontwikkelt een versie van de lichtschakelaars die worden geleverd met behulp van virussen die al gebruikelijk zijn in menselijke gentherapieën. De onderzoekers werken samen met Boyden om een implanteerbare lichtbron aan te passen die is gemaakt van een miniatuurlaser of LED die is bevestigd aan een optische vezel.
De grootste uitdaging zal de veiligheid zijn, zegt Karl Deisseroth, een neurowetenschapper aan Stanford die niet bij het onderzoek betrokken was. U moet zich zorgen maken over zaken als de mogelijkheid van zeldzame maar ernstige immuunreacties op de eiwitten en apparaten. Omdat het eiwit is afgeleid van algen, bestaat er enige bezorgdheid dat het een immuunrespons kan veroorzaken of op lange termijn toxisch kan zijn voor de cel. Eerder dit jaar publiceerden Boyden en zijn medewerkers het eerste artikel waarin de channelrhodopsine-technologie bij primaten werd getest, waarbij het eiwit tot expressie wordt gebracht in de frontale cortex van makaken. Negen maanden later vertoonden de dieren geen ongebruikelijke tekenen van schade. Maar gezien de nieuwheid van de technologie zullen waarschijnlijk uitgebreide veiligheidstests nodig zijn.