Een high-definition benadering voor kwantitatieve experimentele metingen van membraan eiwit mechanosensitiviteit

De huidige behandelingen van neurodegeneratieve ziekten berusten op invasief geïmplanteerde elektroden om de neuronen in de hersenen te stimuleren. Dergelijke behandelingen vertonen echter grote risico's op infectie of invasieve schade. Een veelbelovend alternatief is optogenetics, een combinatie van optica en genetica om neuronale activiteit te manipuleren. Echter is het vrijwel onmogelijk om met optogenetics de diepe hersengebieden te bereiken. Om dit probleem aan te pakken is sonogenetics een veelbelovende aanpak voor gerichte neuromodulatie via akoestische velden. Sonogenetics, dat zich richt op de modulatie van geluidsgevoelige neuronen via de expressie van mechanosensitieve kanaaleiwitten, is niet-invasief en reikt door bot en weefsel. Onlangs toonden Fan et al. de expressie aan van het ultrasound-gevoelige eiwit mPrestin in neuronen, wat resulteerde in een vermindering van neurodegeneratie. De precieze mechanismen waarmee ultrasound neuronen en mechanosensitieve eiwitten stimuleert, blijft onduidelijk. Daarom is fundamenteel onderzoek nodig om mechanosensitieve eiwitten te identificeren en te onderzoeken via welke mechanismen akoestische velden de mechanosensititieve eiwitten beïnvloeden. Giant unilamellar vesicles (GUVs) zijn nuttige celmembraanmodellen voor het onderzoeken van membraangebonden eiwitten die selectief geactiveerd worden door geluid. Na integratie van transmembraaneiwitten in GUV-constructies, worden mechanosensitieve eiwitten kunstmatig geactiveerd door akoestische velden en kunnen ze spatiotemporele gelokaliseerde effecten genereren. Dit project beoogt de ontwikkeling van een veelbelovende strategie voor het onderzoek van mechanosensitieve membraaneiwitten. Om de fundamentele mechanismen die mechanosensitieve eiwitten activeren te begrijpen, is een testplatform essentieel om bruikbare experimentele gegevens te verzamelen. Een microfluidisch apparaat wordt gebruikt om expressie van membraangebonden eiwitten te induceren en te meten. Deze eiwitten worden selectief gestimuleerd door de toepassing van akoestische velden, waardoor het gedrag van neuronen of andere cellen worden gemoduleerd en ze dus een veelbelovende therapeutische toolkit vormen voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten. Bovendien verbetert dit werk ons inzicht in de optimale parameters voor neurale modulatie.