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  帕金森治療的新進(jìn)展：光遺傳學(xué)+深部腦刺激
  
  2020-04-30 來源：轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)
  
  美國杜克大學(xué)（Duke University）的生物醫(yī)學(xué)工程師們已經(jīng)使用以光為基礎(chǔ)的大腦深層刺激來治療一個(gè)帕金森癥動(dòng)物模型的運(yùn)動(dòng)功能障礙。在早期嘗試失敗的地方取得成功，這一新方法有望為深入了解大腦刺激的工作原理，以及在患者基礎(chǔ)上如何改進(jìn)提供了新的見解。
  
  這一結(jié)論在4月20日在線發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)雜志》上。
  
  杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院特聘教授沃倫·格里爾（Warren Grill）表示，“如果你把深部腦刺激中的大腦區(qū)域想象成一盤意大利面，肉丸代表神經(jīng)細(xì)胞體，而意大利面代表神經(jīng)細(xì)胞軸突，對于這種治療是影響意大利面、肉丸，還是兩者的某種結(jié)合存在長期的爭論。但用傳統(tǒng)方法來回答這個(gè)問題是不可能的，因?yàn)榇竽X深處的電刺激不僅會(huì)影響意大利面和肉丸，還會(huì)影響辣椒、洋蔥和菜里的其他東西。然而，新的以光為基礎(chǔ)的方法只針對單一的成分。我們現(xiàn)在可以開始梳理不同神經(jīng)元素的個(gè)體效應(yīng)。”
  
  在格里爾的比喻中，肉丸是建立丘腦底核的神經(jīng)元，而丘腦底核是基底神經(jīng)節(jié)控制系統(tǒng)的一個(gè)小的組分，被認(rèn)為可以執(zhí)行動(dòng)作選擇。雖然丘腦底核的確切功能尚不清楚，但研究表明它能控制肌肉的反應(yīng)。碗中的意大利面代表一種被稱為強(qiáng)直通道的長神經(jīng)纖維，它從大腦皮層的神經(jīng)元延伸到這個(gè)區(qū)域，大腦皮層是負(fù)責(zé)大部分信息處理的神經(jīng)元的薄外層。辣椒、洋蔥和其他成分都是遍布大腦的不同類型的支持細(xì)胞。
  
  正如格里爾所說，用傳統(tǒng)的方法幾乎不可能弄清所有這些不同類型細(xì)胞在調(diào)節(jié)大腦深部刺激中所起的作用。單獨(dú)的細(xì)胞類型不能通過電刺激來區(qū)分，電脈沖會(huì)使研究人員的傳感器在放電后的關(guān)鍵毫秒內(nèi)失去作用。
  
  在2016年，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)試圖用光遺傳學(xué)來回避這些問題。光遺傳學(xué)是一種基因修飾特定細(xì)胞表達(dá)光敏離子通道的方法，使研究人員通過閃光來控制其活動(dòng)。研究人員把這些光敏離子通道植入到大鼠中的丘腦底核“肉丸”中，并以與大腦深度刺激相同的速度發(fā)出脈沖光。然而，這種治療不能緩解任何大鼠的任何身體癥狀，這使得研究人員得出結(jié)論，僅僅刺激丘腦底核是不夠的。
  
  但格里爾從來不覺得這項(xiàng)研究是完全正確的。
  
  格里爾表示，“受到光遺傳學(xué)刺激的神經(jīng)元通常不會(huì)快速反應(yīng)，在我看來，研究人員的閃光速度似乎超過了神經(jīng)元能夠跟上的速度，數(shù)據(jù)證明了這一點(diǎn)，因?yàn)樯窠?jīng)元的反應(yīng)似乎是隨機(jī)的，而不是與閃光同步的。早期我們做的研究表明，隨機(jī)的深部腦刺激模型并不能有效緩解癥狀?！?/span>
  
  格里爾花了10多年的時(shí)間才得以驗(yàn)證他的理論，但是兩項(xiàng)近來的研究使他跟著他的直覺走。研究人員開發(fā)了一種更快的光遺傳學(xué)形式稱為“克羅諾斯”（Chronos），它可以跟上傳統(tǒng)上用于深部腦刺激的速度。而光遺傳學(xué)專業(yè)的專家余春秀（Chunxiu Yu）也加入到格里爾的實(shí)驗(yàn)室，對格里爾實(shí)驗(yàn)室做出貢獻(xiàn)的還有生物醫(yī)學(xué)博士艾薩卡·卡薩爾（Isaac Cassar）和生物醫(yī)學(xué)工程本科生杰迪普·桑邦杰（Jaydeep Sambangi）。
  
  在這篇論文中，于春秀把“克羅諾斯”光遺傳學(xué)機(jī)制植入到大鼠的丘腦底核神經(jīng)元中，這些大鼠有一半的大腦都出現(xiàn)了類似帕金森的癥狀。這一模型幫助研究人員確定治療何時(shí)成功，由此產(chǎn)生的身體運(yùn)動(dòng)癥狀只出現(xiàn)在在大鼠身體的一側(cè)。然后，研究人員使用標(biāo)準(zhǔn)每秒130次閃光來進(jìn)行深部腦刺激。
  
  正如格里爾在15年前懷疑的那樣，這項(xiàng)技術(shù)有效果，小鼠的身體癥狀大大減輕了。格里爾表示，他們的研究結(jié)果有重要的含義，一是研究人員在設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)需要考慮動(dòng)力學(xué)特性，并密切關(guān)注研究中的表現(xiàn)。另一個(gè)發(fā)現(xiàn)是丘腦底核外部的其他神經(jīng)元對治療的反應(yīng)方式。雖然這些神經(jīng)元的平均活動(dòng)水平并沒有太大的差異，但這些神經(jīng)元活動(dòng)的模式卻發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，這為大腦深度刺激如何運(yùn)作提供了很多線索。
  
  可能重要的結(jié)果是，這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)奏效了。通過移除電子構(gòu)件，能夠更近地觀察神經(jīng)活動(dòng)。神經(jīng)元的準(zhǔn)確子集傳輸神經(jīng)刺激的能力能夠讓研究人員開始探索大腦的哪一部位需要刺激，以及如何針對不同的運(yùn)動(dòng)控制癥狀進(jìn)行針對性治療。
  
  在這條研究線的下一個(gè)實(shí)驗(yàn)，格里爾和他的同事計(jì)劃以強(qiáng)直通道重新開始同樣的研究，用意大利面替代肉丸，去看它對緩解癥狀的自身貢獻(xiàn)是什么。
  
  這是非常重要的，因?yàn)樵诖笸胍獯罄娴哪硞€(gè)地方，有些成分負(fù)責(zé)治療癥狀，有些成分會(huì)產(chǎn)生副作用，如果我們能夠了解清楚的話，我們能夠設(shè)定電極刺激的幾何形狀和模型，以針對抑制癥狀的因素，而不去理會(huì)其他因素。
  
  參考：
  
  【1】https://medicalxpress.com/news/2020-04-light-based-deep-brain-relieves-symptoms.html
  
  【2】https://www.jneurosci.org/content/early/2020/04/14/JNEUROSCI.3071-19.2020
  
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