Al igual que los rayos de sol pueden enfocarse con una lupa, los rayos de ultrasonido pueden enfocarse; no para iniciar un incendio, sino para converger en un objetivo específico. Los pulsos de ultrasonido pueden atravesar obstrucciones como el tejido corporal, sin acarrear riesgos asociados con la implantación de dispositivos convencionales y la estimulación eléctrica. Como enfoque no invasivo que puede dirigirse a regiones cerebrales específicas, la tecnología de ultrasonido focalizado es un tratamiento novedoso para trastornos del movimiento, como la enfermedad de Parkinson. Específicamente, ultrasonido de baja frecuencia y baja intensidad LILFU, de niveles de potencia no térmica de 30 a 500 mW / cm2 está emergiendo como un enfoque altamente transformador. LILFU permite una alta resolución espacial, penetración profunda, uso combinacional con MRI, implementación rentable y efecto neuromodulador duradero sin notableefectos secundarios como la respuesta térmica, que causa un cambio en la temperatura del ambiente del tejido local. Recientemente se ha encontrado que LILFU modulae actividad neuronal.Aunque los ensayos con animales han demostrado que LILFU aumenta la actividad neuronal en la vía motora, el funcionamiento exacto no se ha concretado.
Dirigido por el Dr. C. Justin Lee, investigadores del Centro de Cognición y Socialidad del Instituto de Ciencias Básicas SII en Daejeon, Corea del Sur, han identificado el mecanismo subyacente a la neuromodulación mediada por LILFU. Encontraron que TRPA1 transitoriopotencial de receptor Ankyrin 1, un canal de calcio expresado en los astrocitos en el cerebro, es donde se establece la neuromodulación modulada por LILFU recogiendo señales de LILFU y las convierte en señales eléctricas. Estudios anteriores han analizado canales de iones mecanosensibles solo dentro de la membrana neural,mientras elimina las células no neuronales como los astrocitos. Como se demostró que LILFU induce respuestas de Ca2 + tanto en las neuronas como en los astrocitos al ejercer una onda de presión mecánica en la membrana plasmática, el equipo de investigación probó los canales astrocíticos de Ca2 + y descubrió que TRPA 1 es un objetivo altamente sensible paraActividad neuronal inducida por LILFU en la corteza motora, como el movimiento de la cola.
El equipo de investigación demostró la vía a través de la cual LILFU estimula la actividad neuronal que conduce al comportamiento deseado es decir, el movimiento de la cola; en respuesta a las señales de LILFU, TRPA1 se abre, permitiendo la entrada de Ca2 + a los astrocitos. El aumento de Ca2 + induce una liberación de glutamato deAstrocitos a través de Best 1. Al ser un neurotransmisor excitador, el glutamato liberado aumenta el calcio neuronal y la activación activando NMDAR. Esto a su vez produce plasticidad sináptica. Estos cambios adaptativos en la fuerza sináptica están relacionados con la estimulación LILFU, que es un movimiento de cola evocado por la potenciación detransmisión sináptica excitatoria en la corteza motora.
En sus experimentos con ratones, LILFU estimuló la corteza motora in vivo de ratones de tipo salvaje WT y noqueados TRPA1 KO, y verificó el movimiento de la cola. El movimiento de la cola en TRPA1 KO se redujo significativamente en comparación con WT,sugiriendo que TRPA1 media la neuromodulación inducida por LILFU y el comportamiento motor. También inhibieron la expresión de TRPA 1 usando un silenciador genético, un pequeño ARN de interferencia formador de horquilla shRNA, para ver si TRPA 1 juega un papel crítico en la neuronal estimulada por LILFULos investigadores descubrieron que la activación neuronal inducida por LILFU en genes silenciados por TRPA1 disminuyó significativamente en comparación con la de su grupo de control. También se confirmó que el silenciamiento génico de TRPA1 o Best1 abolió la LILFU inducida por una mejora del 100% detasa de activación neuronal. Estos resultados indican que LILFU activa el TRPA1 astrocítico y el Best1 liberador de glutamato a través de Ca2 + para apuntar al NMDAR sináptico, lo que conduce a la activación neuronal.
Notablemente, este estudio sugiere una presencia de mecanocanal altamente sensible en los astrocitos, pero no en las neuronas, elevando los astrocitos como el objetivo celular para LILFU. Utilizado como un enfoque no térmico, LILFU también está libre de daño tisular. La plasticidad sináptica se relaciona concognición y movimiento. Por lo tanto, la estimulación mecánica de la vía TRPA1-Best1-NMDAR también se puede encontrar útil más allá de las condiciones fisiológicas a condiciones patológicas como la demencia, las conmociones cerebrales y la depresión. Además de la optogenética y la quimiogenética populares actualmente, el uso de la sonogenéticaTRPA1 como un sensor y transductor altamente sensible, abre nuevas vías para la activación / inhibición específica del tipo de célula. La estimulación ultrasónica también puede promover una plasticidad a largo plazo cuando se combina con otros canales activados por calcio o moléculas de señalización dependientes de calcio ".y las herramientas que hemos desarrollado en este estudio deberían ser útiles para la optimización futura de LILFU como uno de los métodos más no invasivosd métodos neuromoduladores de bajo costo para humanos ", explica el Dr. C. Justin Lee, el autor correspondiente del estudio.
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