Оптогенетика: как свет помогает управлять мышцами с хирургической точностью

Новаторская работа исследователей из Центра бионики Массачусетского технологического института делает ставку на оптогенетику. Суть в том, чтобы заставить мышцы реагировать не на грубый электрический разряд, а на тонкую команду, закодированную в импульсе света. Это может кардинально изменить подход к реабилитации и созданию нейропротезов.

Можно ли зажечь мышцу, как лампочку?

До сих пор золотым стандартом искусственной активации мышц была функциональная электростимуляция (ФЭС). Она помогла многим, но у неё есть существенные недостатки. Электрические импульсы быстро истощают мышцы, вызывая усталость. И главное — они не могут обеспечить тонкий, градуальный контроль. Попробуйте сыграть на пианино, если ваши пальцы сжимаются только с полной силой или не сжимаются вообще. Неудобно, правда?

Именно поэтому учёные обратились к оптогенетике. Эта технология позволяет встроить в нервные клетки специальные светочувствительные белки — опсины. После такой «апгрейда» нейроны начинают реагировать на световые импульсы. Метод уже совершил революцию в нейробиологии, но для управления периферическими нервами и мышцами его применяли редко. До этого момента.

Эксперимент: мыши, свет и невероятный контроль

Команда MIT выдвинула смелую гипотезу: стимуляция нервов светом позволит контролировать мышцы изящнее и дольше, без изнуряющей усталости. Для проверки они взяли генетически модифицированных мышей, чьи двигательные нейроны производили светочувствительный белок родопсин-2.

Затем исследователи создали специальную платформу, которая могла точечно светить на нужные нервы. И тут началась магия. Оказалось, что, меняя длительность и частоту световых импульсов, можно с невероятной точностью дозировать мышечное усилие — от лёгкого трепета до мощного сокращения. Световая стимуляция не только позволила развить большую силу, чем электрическая, но и дала плавный, линейный контроль. Это уже не грубое «вкл/выкл», а настоящая дирижёрская работа. Разве не впечатляет?

Получается, путь к изящным и выносливым бионик-протезам может лежать через оптоволокно. Конечно, до клинического применения ещё далеко, но сам факт, что мышцами можно управлять с такой точностью, вселяет настоящий оптимизм. Будущее, где движения будут восстановлены в их естественной грации, становится чуть ближе.