近日，科学家利用光遗传学首次在活的人类脑组织中，通过光脉冲抑制了类似癫痫发作的神经活动。这项突破性的研究标志着光遗传学可以在神经网络层面调控癫痫活动，可能为无法通过药物控制症状的癫痫患者提供一种比手术切除癫痫灶更为微创的治疗选择。
创新治疗方法的实现
研究团队使用了从癫痫患者治疗过程中切除的大脑组织，并通过一种腺相关病毒（AAV）载体，将对光敏感的基因递送至神经元。这些基因编码了一种钾选择性的光敏离子通道（HcKCR1），当受到波长530纳米的光照射时，这种通道会使神经元膜超极化，从而降低其产生电信号的可能性。基因的表达由一种CaMK2A启动子驱动，并结合了增强型黄色荧光蛋白（eYFP）作为标记。
为了维持组织的活性并完成为期数周的实验，研究团队创造了一个模拟颅内环境的培养系统。组织被置于类似脑脊液的营养介质中，通过遥控系统记录神经元的电活动并传递光脉冲，从而实现非侵入式干预。
研究中的跨学科合作
这项研究由加州大学旧金山分校（UCSF）和加州大学伯克利分校的研究人员联合完成，体现了多学科合作的力量：
- 光遗传学工具：UC伯克利的生物分子工程学教授大卫·谢弗（David Schaffer, PhD）筛选出了用于基因递送的AAV载体。
- 神经电活动监测：UCSF电气与计算机工程学副教授米尔恰·特奥多雷斯库（Mircea Teodorescu, PhD）设计了一种遥控系统，用于监测神经元的电活动并控制光脉冲。
- 组织维持与实验：UCSF神经外科住院医师约翰·安德鲁斯（John Andrews, MD）将脑组织置于培养基中，确保其在实验期间的活性。
重要发现和潜在应用
实验结果表明，使用高密度微电极阵列记录的脑切片，在多种诱导神经过度兴奋的条件下，AAV介导的光遗传干预显著降低了网络放电率。研究团队不仅观察到哪些类型的神经元会触发癫痫发作，还确定了改变神经元电活动所需的最低光强度。这些发现为设计更精确的癫痫治疗方案奠定了基础。
此外，这一技术还可以为其他神经系统疾病提供新的治疗途径。UCSF神经外科主任爱德华·张（Edward Chang, MD）表示，这一进展可能彻底改变癫痫患者的治疗方式，为他们提供一种更加微妙且有效的癫痫控制手段，而无需进行侵入性手术。
展望未来
正如UCSF神经外科助理教授托马兹·诺瓦科夫斯基（Tomasz Nowakowski, PhD）所言，这项研究代表了治疗癫痫以及其他神经疾病的巨大进步。通过进一步优化这种技术，人类可能在未来实现更广泛的神经疾病治疗革命。
参考文献：
编辑：周敏
排版：李丽
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