磁调节基因治疗技术提供精确的脑回路控制

根据威尔康奈尔医学院、洛克菲勒大学和西奈山伊坎医学院的研究人员进行的一项临床前研究，一项新技术可以通过磁场非侵入性地控制特定的大脑回路。这项技术有望成为研究大脑的有力工具，并为未来治疗帕金森病、抑郁症、肥胖症和复杂疼痛等多种疾病的神经学和精神病学治疗奠定基础。

10月9日发表在《科学进展》杂志上的一篇论文描述了这种新的基因治疗技术。研究人员在小鼠身上进行的实验表明，它可以打开或关闭选定的神经元群，对动物的运动有明显的影响。在一项实验中，他们用它来减少帕金森病小鼠模型的异常运动。

该研究的资深作者Michael Kaplitt博士说:“我们设想，磁遗传学技术有一天可能会在广泛的临床环境中用于造福患者。”Michael Kaplitt博士是威尔康奈尔医学院神经外科的教授和执行副主席，也是纽约长老会/威尔康奈尔医学中心运动障碍外科的主任。

这项研究是由卡普利特博士的实验室和洛克菲勒大学分子遗传学实验室玛丽莲·m·辛普森教授杰弗里·弗里德曼博士的实验室合作进行的;以及西奈山伊坎医学院医学系助理教授萨拉·斯坦利博士。

这项研究的第一作者是Santiago Unda博士，他是卡普利特实验室的博士后研究员。

以一种允许动物或人类正常活动的方式实时控制大脑回路，一直是神经科学家的主要目标，但也是一个非常具有挑战性的目标。例如，在实验室里，光遗传学技术可以让选定的神经元随着光脉冲立即开启或关闭，但需要一种侵入性装置来将这些光脉冲传递到大脑。在临床上，脑深部刺激允许调节大脑区域，但这也需要永久植入设备，更高的精度仍然是一个目标。

在将磁生技术作为其他方法的替代方案进行了早期研究之后，弗里德曼博士和斯坦利博士与卡普利特博士联手开发了一种具有临床应用潜力的这种方法。卡普利特博士是脑靶向基因治疗的先驱。

由此产生的方法使用基因治疗技术将工程离子通道蛋白传递到所需类型的神经元。离子通道蛋白本质上就像一个开关，可以打开或关闭受影响的神经元，它对磁场很敏感，因为它含有一种类似抗体的蛋白质，可以粘在一种叫做铁蛋白的天然铁捕获蛋白上。当基因疗法通过微创手术传递到精确的大脑区域时，一个足够强的磁场可以对铁蛋白捕获的铁原子施加足够的力来打开或关闭通道——激活或抑制神经元，这取决于设计，而不需要植入设备或药物。

在一个概念证明中，研究小组将磁敏感通道的基因疗法注射到小鼠运动控制区域纹状体内的特定神经元中;然后，他们使用磁共振成像机的磁场来激活神经元，并显著减缓甚至冻结老鼠的运动。在另一项实验中，他们减少了一个叫做丘脑下核的大脑区域的神经元活动，以改善帕金森病小鼠模型的运动异常。

研究人员表明，即使使用更小、更便宜的“经颅磁刺激”设备，他们的方法也能起作用。目前，这种设备在临床上经常用于治疗抑郁症、偏头痛和其他疾病。

实验没有发现安全问题，研究人员指出，正常的环境磁场太弱，不会不经意地触发磁发生开关。

该团队现在打算探索潜在的临床应用，包括治疗精神疾病，甚至是周围神经的慢性疼痛。他们还将继续探索和优化磁成因技术本身。

“现在能够用这个相对简单的系统对大脑活动进行定向操纵，这对帮助我们更好地理解潜在原理、进一步推进这项新技术非常重要”。