Člani naše ekipe so že objavili znanstveni članek o sonogenetiki (oglejte si tudi naš poljudni članek tukaj). Menimo, da ima to lahko zanimive prihodnje aplikacije, saj premaguje omejitve drugih tehnik, kot je optogenetika. Zato je del naše ekipe nedavno objavil pregledni članek o sonogenetiki v reviji IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control.
V tem članku vas bomo poskušali popeljati v fascinanten svet sonogenetike, vrhunsko področje sintezne biologije, ki uporablja ultrazvok v kombinaciji z genskimi spremembami za uravnavanje celičnih funkcij. Ta inovativni pristop je možna alternativa za neinvazivne oblike zdravljenja in terapij, ki je predmet aktivnih raziskav in ponuja vpogled v prihodnost medicine.
Kaj je sonogenetika?
Sonogenetika je revolucionarna tehnika, ki združuje tehnologijo ultrazvoka z genskim inženiringom za nadzor celičnih dejavnosti. Za razliko od tradicionalnih metod, ki pogosto zahtevajo kirurške posege, sonogenetika uporablja zvočne valove za aktivacijo ali deaktivacijo določenih celičnih funkcij. Ta metoda je še posebej zanimiva, ker lahko prodre globoko v tkiva brez poškodb, kar jo naredi obetavno orodje za raziskave in terapijo.
Zmožnost daljinskega in neinvazivnega nadzora celic odpira številne možnosti za zdravljenje bolezni, dostavo genov in celo boj proti raku. Sonogenetika temelji na načelih optogenetike, ki za nadzor celic uporablja svetlobo, vendar premaguje nekatere njene omejitve, kot je nezmožnost prodora v globlja tkiva.
Ključni pojmi v sonogenetiki
Mehanosenzitivni ionski kanali: Predstavljajte si drobna vrata na površini celic, ki se odprejo kot odziv na mehanske sile, kot so pritisk ali vibracije. To so mehanosenzitivni ionski kanali. Ko se odprejo, omogočijo pretok ionov v celico ali iz nje, kar sproži različne celične odzive.
Akustična sevalna sila: To je sila, ki jo ustvarjajo ultrazvočni valovi. Ko ultrazvok zadene celico, lahko potisne ali povleče celično membrano in tako odpre mehanosenzitivne kanale z ustvarjanjem pritiska ali vibracij. To silo lahko natančno nastavimo za nadzor določenih celičnih funkcij.
Povišanje temperature: Ultrazvok lahko segreje tkiva. Ta toplota lahko aktivira določene proteine znotraj celic, kot so faktorji toplotnega šoka, ki sprožijo izražanje določenih genov. To je še posebej uporabno za terapije, ki zahtevajo natančen nadzor nad izražanjem genov.
Kavitacija: Kavitacija je pojav, pri katerem majhni mehurčki v tekočini hitro naraščajo in propadejo pod vplivom ultrazvočnih valov. Ta proces lahko ustvari udarne valove, ki naredijo celične membrane bolj prepustne, kar omogoča lažji vstop snovi v celice. To se lahko uporabi za dostavo zdravil ali genov neposredno v celice.
Uporaba sonogenetike
Potencialna uporaba sonogenetike ponuja inovativne rešitve za nekatere najzahtevnejše izzive v medicini in biologiji. Z izkoriščanjem moči ultrazvoka za nadzor celičnih funkcij raziskovalci preučujejo nove načine zdravljenja bolezni, izboljšanja genske terapije in napredka pri zdravljenju raka. Ta neinvazivni pristop odpira nove možnosti za raziskave in terapevtske posege. Oglejmo si nekaj najbolj obetavnih načinov uporabe sonogenetike, ki utirajo pot prihodnjemu razvoju zdravstva.
Ena najbolj obetavnih aplikacij sonogenetike je nevromodulacija, kjer se ultrazvok uporablja za nadzor nad nevroni v možganih. To bi lahko pomagalo pri zdravljenju nevroloških bolezni, kot sta Parkinsonova bolezen ali depresija, z vklopom ali izklopom določenih možganskih aktivnosti.
Ultrazvok se lahko uporabi za vnos genov v celice s tem, da začasno naredi celično membrano bolj prepustno za velike molekule, kot sta DNK ali RNK (sonoporacija). To bi lahko bilo uporabno pri zdravljenju genetskih bolezni, zato sonogenetika ponuja obetavno pot za gensko terapijo.
Pri zdravljenju raka lahko ultrazvok pomaga nadzorovati izražanje genov v rakavih celicah ali aktivirati imunske celice, da napadejo rakave celice. Ta ciljno usmerjen pristop lahko izboljša učinkovitost zdravljenja in hkrati zmanjša stranske učinke.
Čeprav sonogenetika obeta veliko, je treba premagati še nekatere izzive, preden bodo te aplikacije na voljo v klinični praksi. Zato je ključnega pomena standardizacija nastavitev ultrazvoka med različnimi študijami za dosego zanesljivih rezultatov. Potrebne so tudi dodatne raziskave za boljše razumevanje učinkov ultrazvoka na celičnem nivoju.
Prihodnji napredek na področju sonogenetike bo verjetno vključeval kombinacijo z drugimi tehnologijami, kot je CRISPR za urejanje genov, razvoj novih orodij za še natančnejši ultrazvok in izboljšanje varnosti ter učinkovitosti terapij na osnovi ultrazvoka.
Zaključek
Sonogenetika je razmeroma novo področje, ki uporablja ultrazvok za nadzor celic na neinvaziven način. Ima potencialno uporabo pri zdravljenju bolezni, dostavi genov in boju proti raku. Čeprav smo že omenili nekatere izzive, smo prepričani, da lahko sonogenetika z nadaljnjimi raziskavami postane v prihodnosti močno orodje v medicini in biologiji, ki bo prineslo upanje za zdravljenje številnih bolezni.
Tu predstavljeni članek (DOI: 10.1109/TUFFC.2025.3570813) so napisali Filip Ivanovski, Vid Jazbec, Nina Varda, Roman Jerala in Mojca Benčina, vsi člani Kemijskega inštituta, nekateri pa tudi Centra za tehnologije genske in celične terapije (CTGCT). Če bi se radi pridružili ekipi, ki prenaša inovativne raziskave v nove terapije za redke bolezni in raka, nas kontaktirajte ali preverite prosta delovna mesta.