Проекты

Термогенетическая нейростимуляция с одноклеточным разрешением

УЧАСТНИКИ ПРОЕКТА: Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, НИЦ Курчатовский институт, МГУ им. М.В. Ломоносова

Змеи способны детектировать инфракрасное (ИК) излучение на расстоянии с помощью сенсорных нейронов, экспрессирующих катионный канал TRPA1. Встраивая в нейроны модельных организмов TRPA1 из змей, можно активировать эти нейроны с помощью ИК-лазеров и других источников ИК излучения. По аналогии с оптогенетикой, где активация достигается видимым светом, такой подход называется термогенетикой.

В рамках проекта был разработан волоконно−оптический зонд для одновременной активации нейронов с помощью ИК излучения и локальной детекции температуры в области нагрева. Зонд представляет собой оптическое волокно, на которое прикреплен наноалмаз с т.н. NV-дефектами. Это значит, что часть углеродов в решетке алмаза заменена на азот, рядом с которым есть «пустая» валентность. Кроме того, к алмазу подведено модулирующее микроволновое излучение. При накачке видимым светом через волокно алмаз генерирует ИК-излучение, нагревающее нейрон. В присутствии слабого микроволнового излучения ИК спектр алмаза зависит от температуры, т.е. этим же зондом можно мерить температуру с точностью до 0.1°С. Кратковременная (миллисекунды-секунды) ИК-стимуляция приводит к активации нейронов в системах in vitro и in vivo.

Разработанная система может быть использована дл яизучения нервной системы на клеточном уровне. Результаты работы опубликованы в журнале Nat. Communications (Ermakova et al., 2017)