Как исследователи используют ультразвук для контроля генов и клеток

Большинство родителей впервые видят своих детей на ультразвуковых изображениях, сделанных за несколько месяцев до рождения. Но ультразвук можно использовать и в других областях. За последние несколько лет исследователи разработали методы использования ультразвука для управления генами, изменения функций мозга и доставки лекарств в нужную часть тела с точностью до миллиметра.

За 10 лет экспериментов биологи научились контролировать гены и нервные клетки, активируя светочувствительные белки с помощью лазерного света. Техника, известная как оптогенетика, распространяется на многие другие отрасли биологии. Со помощью света исследователи теперь могут контролировать деятельность нервных клеток, включать определенные регуляторные гены в отдельных клетках, чтобы увидеть, как это влияет на их развитие. Но развитие оптогенетики тормозит тот факт, что свет не проникает очень далеко в живые ткани, поэтому его применение в основном ограничено крошечными животными, клеточными культурами в чашках Петри или в тех случаях, когда оптические волокна могут быть хирургически имплантированы в более глубокие ткани.

Ультразвуковые волны, напротив, проникают глубоко в ткани — их используют для визуализации плода. Они также могут быть сфокусированы почти так же точно, как лазерные лучи. По мере того, как исследователи разрабатывают методы воздействия ультразвука, они получают контроль над клеточными процессами, недоступными для оптогенетики.

Например, Shapiro разрабатывает способ воздействия с помощью температуры для управления функцией генов. Естественно, что большинство клеток реагируют на изменение температуры, но обычно изменения недостаточно мощны для исследовательских целей: постепенное нагревание увеличивает активность гена примерно в десять раз, что трудно обнаружить среди всех процессов, происходящих в живом организме. Но команда Шапиро нашла два белка, которые оказывают 300-кратное влияние на активность генов при 3-градусном изменении температуры. После некоторых генетических изменений он настроил эти белки так, чтобы они реагировали на различные температуры в диапазоне от 32 ° C до 46 ° C. "В результате теперь у нас есть целая библиотека тепловых биопереключателей, поэтому мы можем выбрать температуру, при которой хотим, чтобы они работали", — говорит он.

До сих пор его команда использовала генную инженерию, чтобы вставить температурные переключатели в бактерии. Другие исследователи также начинают помещать их в клетки млекопитающих.

Другие исследователи разрабатывают генетические переключатели, которые активируются вибрациями, вызванными ультразвуком, а не нагреванием. В прошлом году был опубликован доклад об использовании этой техники в иммунотерапии рака. В конце концов, его также можно использовать для изучения функции генов путем выборочного включения или выключения их в определенных клетках, чтобы увидеть, что происходит.

Фото: brestplem. by