一项可能成为治疗癫痫新方法的研究表明，加州大学旧金山分校（UCSF）、圣克鲁兹分校（UCSC）和伯克利分校（UCB）的研究人员利用光脉冲成功阻止了神经元中的癫痫样活动。该研究于11月15日发表在《自然神经科学》杂志上。
研究人员使用了从癫痫患者手术中取出的脑组织。他们希望这一技术最终能替代切除引发癫痫的大脑组织的手术，为那些无法通过药物控制症状的患者提供一个侵入性较小的选择。
该团队采用了一种称为光遗传学的方法，这种方法利用一种无害病毒将来自微生物的光敏基因传递到大脑中特定的一组神经元，这些神经元可以通过光脉冲开启或关闭。这是首次证明光遗传学可以用于控制活体人类脑组织中的癫痫活动，为其他神经系统疾病和状况的新治疗方法打开了大门。
“这代表着我们在治疗癫痫和其他疾病方面迈出了巨大的一步，”加州大学旧金山分校神经外科助理教授、该研究的共同资深作者Tomasz Nowakowski博士说。
为了使组织在数周内保持存活，研究人员创造了一个模拟颅内条件的环境。神经外科住院医生John Andrews博士将组织放置在一个类似于脑脊液的营养介质中。加州大学伯克利分校的生物分子工程师David Schaffer博士找到了最佳的病毒来传递基因，使其在团队目标的特定神经元中发挥作用。Andrews随后将组织放在一个电极床上，这些电极足够小，可以检测神经元之间的电信号。
当大脑正常工作时，神经元以不同的时间和频率发送信号，形成一种可预测的低水平交流。但在癫痫发作时，这种交流同步化为强烈的电活动爆发，压倒了大脑的正常对话。研究团队希望通过光脉冲关闭含有光敏蛋白的神经元，从而防止这些爆发。
首先，团队需要找到一种方法在不干扰组织的情况下进行实验。这些微小的电极间距仅为17微米（不到人类头发宽度的一半），即使是脑切片的最小移动也可能影响实验结果。加州大学圣克鲁兹分校电气和计算机工程副教授、该研究的共同资深作者Mircea Teodorescu博士设计了一个遥控系统，用于记录神经元的电活动并向组织输送光脉冲。Teodorescu实验室编写了软件，使科学家们可以从圣克鲁兹远程控制位于旧金山Nowakowski实验室中的组织。
“这是一个非常独特的合作，解决了极其复杂的研究问题，”Teodorescu说。“我们实际上完成了这一壮举，这表明当我们结合各机构的优势时，我们可以走得更远。”
光遗传学使研究人员能够聚焦于特定的神经元集合。团队可以看到哪些类型的神经元以及多少数量的神经元足以引发癫痫发作，并确定改变活体脑切片中神经元电活动所需的最低光强度。研究人员还观察到神经元之间的相互作用如何抑制癫痫发作。
加州大学旧金山分校神经外科主任Edward Chang博士表示，这些见解可能会彻底改变癫痫患者的护理。“我相信未来我们不需要再做这样的手术，如果我们采用这种方法，”Chang说，他和Nowakowski都是UCSF Weill神经科学研究所的成员。“我们将能够为人们提供更微妙、有效的控制癫痫的方法，同时避免如此侵入性的手术。”
更多信息：Andrews, J.P. 等. 多模态评估人类海马切片中的网络活动和光遗传学干预。《自然神经科学》（2024）。doi.org/10.1038/s41593-024-01782-5
期刊信息：《自然神经科学》
由加州大学旧金山分校提供
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