磁気遺伝学（Magnetogenetics）

オプトジェネティックス、そして最近では磁気遺伝学は、脳研究における医薬品や電極の使用の欠点に対処する軽い答えをもたらしています。 彼らはニューロンの正確な制御を可能にし、神経科学と神経内分泌研究の大きな進歩を促進しました。

 

非侵襲的vs正確な時間（Non-invasive vs temporally precise）

オプトジェネティクスとケモゲネティクスには長所と短所があります。 例えば、オプトジェネティクスは非常に時間的に正確ですが、この技術が必要とする脳内に光を入射させるためには、インプラントやワイヤーが必要です。

ChemogeneticsはDREADD技術（Designer Drugsによって独占的に活性化されるDesigner Receptors）を使用し、特定の薬剤様分子による活性化のためにニューロンを感作します。 これらのアクチュエータは動物の飲料水に入れることができ、これは非侵襲的な方法であるが、いくつかの実験が必要とするほど時間的に正確ではありません。 さらに、繰り返される活性化は、それほど効率的ではない反復投与を意味します。

電磁制御

昨年、新しい方法は、神経科学関連の雑誌への道を見いだしました。電磁制御やMagnetogeneticsの使用があります。 あなたが推測しているように、これは磁界を使って細胞を活性化することを含みます。 磁気発生学では、研究者は非侵襲的な方法をとっています。この方法は、両方の利点があります。この手法は非侵襲性で時間的に正確です。 深部脳組織にも有効で、同時にいくつかの領域で働き、長期間の研究に適しており、比較的安全です。 この方法は、いくつかの臨床応用において有望なようです。

 

Clinical applications

#1：「夢のツール」の作成（Creating the “dream tool”）

オプトジェネティクスおよび化学遺伝学と同様に、ニューロン細胞は活性化のために感作されます。 この場合の活性剤は磁石です。 これを達成するために、研究者らは、非選択的カチオンチャネルTRPV4を常磁性タンパク質フェリチンに融合させ、単一のウイルスベクターを介して関心のある脳領域に送達することができるツール「Magneto」を作製しました。

2016年3月、バージニア大学のマイケル・ウィーラー（Michael Wheeler）と彼の同僚は、Nature Neuroscienceで電磁制御を使用したという知見を報告しました。 彼らは、ゼブラフィッシュとマウスの両方でin vitroおよびin vivoでMagnetogeneticsの有効性を実証しました。 Ali DenizGüler（生物学の先進的な教授） は 、神経回路の制御において「夢の道具」を発見したかもしれないと言います。

ビヘイビアの制御（Behavior control）

さらなる実験では、マウスを磁化したチャンバーに曝している間に、DR1（ドーパミン受容体1）を制御するためにMagneto2.0を開発しました。 研究者は、これらのニューロンからの発火率の増加を記録することができ、深部の脳組織を制御する可能性を確認しました。 次に、リアルタイムプレーステストにおいて、マウスがドーパミンニューロンを十分に活性化してマウスの報酬として役立つように、マウスは磁化したアームを好みました。 行動測定はEthoVision XTビデオトラッキングで自動的に行われました。

#2：給餌行動の制御（Controlling feeding behavior）

多くの理由から、摂食行動、体重および血糖値を調べる研究が盛んに行われています。 視床下部の腹側内側核は、摂食行動を調節することが知られているので、これらの研究の多くの焦点でした。ホメオスタシス障害、血糖値、摂食行動障害などの根底にある神経学的経路を理解し、治療の選択肢を探索するために、電磁制御または磁気発生のようなツールが大きな期待を示しています。

また、2016年3月、ニューヨークのロックフェラー大学のSarah Stanleyと同僚は、脳がグルコースの恒常性やマウスの摂食をどのように制御するかを研究するために、電磁気学を用いてその発見を発表しました。 この場合、TRPV1はフェリチンに融合した。 電磁場を利用し、腹側視床下部を標的とすることで、研究者は遠隔マウスの摂食行動をオン・オフすることができました。

完全な行動と機器の制御（Complete behavioral and equipment control）

Magnetoのような新しいツールの作成は、飛躍的な科学的調査を促進します。 EthoVision XTビデオ追跡ソフトウェアは、行動評価のために同じことをすることができます。EthoVision XTの研究者は、完全な行動実験を行うことができます。完全なシステムインテグレーションは、タイミングおよび/または動物の行動に基づいてハードウェアのリアルタイム制御を可能にします。関心のある多くの行動パラダイムが自動的に測定され評価され、革新的なニューロサイエンスツールの行動影響を容易に調べることができます。

white rat looking over edge of lab cage mirror

 

参考文献