Кажется, что в наши дни все больше процессов идет по беспроводной связи. В их числе — перепрограммирование человеческого генома. Новое исследование специалистов из Университета штата Нью-Йорк в Буффало описывает, как исследователи смогли дистанционно контролировать гены в тканях мозга.

Данные технологии развиваются в новой области исследований, которую ученые называют «оптогеномикой» или контролем человеческого генома с помощью лазерного излучения и нанотехнологий.

Идея объединить оптику и генетику не так уж нова. Оптогенетика применяется на протяжении 20 лет — свет используется для контроля взаимодействия клеток друг с другом. С помощью оптогенетики можно разрабатывать новые методы лечения заболеваний, исправляя ошибки, возникающие на клеточном уровне. 

А вот чего оптогенетика НЕ решает, так это проблемы генетических поломок, которые лежат в основе многих заболеваний. Данный пробел готова восполнить оптогеномика.

В настоящем исследовании ученые с помощью света контролировали ген FGFR1 — рецептор фактора роста фибробластов 1. Этот ген далеко не «рядовой» — он оказывает существенное влияние на ~4500 генов, примерно одну пятую часть человеческого генома, согласно оценке проекта Human Genome Project.

«В некоторых отношениях FGFR1 похож на некий ген-авторитет», — поясняет Михаил К. Стаховяк, доктор философии, профессор кафедры патологии и анатомических наук в Школе медицины и биомедицинских наук им. Якобса при Университете Великобритании. «Контролируя один лишь FGFR1, теоретически можно предотвратить дисрегуляцию активности генов при шизофрении или при раке молочной железы и других типах рака».

Исследовательская группа смогла манипулировать FGFR1 через крошечные фотонные имплантаты в мозге. Эти беспроводные устройства содержат нанолазеры и наноантенны и (в будущем — нанодетекторы). 

Исследователи вживили имплантаты в лабораторные ткани головного мозга, которые были выращены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и усилены активируемыми светом молекулярными переключателями. С помощью лазера ученые активировали и деактивировали в мозге FGFR1 и связанные с ним клеточные функции — по сути, ген был «взломан».

Предполагается, что в конечном итоге технология позволит напрямую манипулировать геномной структурой пациентов, предоставив врачам действенный способ предотвращения и исправления генных аномалий. Но на данный момент разработка далека от применения в больницах. Однако исследовательская группа уже предвкушает следующие шаги, которые включают тестирование на 3D «мини-мозгах» и раковых тканях.