神経細胞グループを遠隔操作したり、神経回路の働きを調べたりするためのさまざまな方法を開発してきました。

米国の研究者らは、複雑な動物の行動に関連する脳回路を制御する新しい方法を開発しました。遺伝子工学を用いて、離れた場所から特定の神経細胞群を活性化する磁化タンパク質を作成しました。

脳がどのように行動を生み出すのかを解明することは、神経科学の究極の目標の一つであり、最も困難な問題の一つでもある。近年、研究者たちは、特定の神経細胞グループを遠隔操作したり、神経回路の働きを調べたりするためのさまざまな方法を開発してきました。

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その中でも最も強力なのは、オプトジェネティクスと呼ばれる方法で、レーザー光のパルスによって、関連するニューロンの集団をミリ秒単位でオン・オフすることができる。また、最近開発された「ケモジェネティクス」と呼ばれる方法では、設計された薬剤によって活性化される人工的なタンパク質を使用し、特定の細胞タイプにターゲットを絞ることができる。

これらの方法は強力ですが、いずれも欠点があります。オプトジェネティクスは、光パルスを脳に届けるための光ファイバーを挿入する必要があり、侵襲性が高く、さらに、光が高密度の脳組織を透過する範囲が非常に限られているのだ。化学遺伝学的アプローチは、これらの制限を克服しているが、神経細胞を活性化するための生化学的反応を引き起こすのに数秒かかるのが一般的である。

加熱したナノ粒子で脳の活動を遠隔操作する
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バージニア大学シャーロッツビル校のアリ・ギュラー教授の研究室で開発されたこの新技術は、非侵襲的であるだけでなく、神経細胞を迅速かつ可逆的に活性化することができます（オンライン版Nature Neuroscience誌に掲載）。

これまでの研究で、熱や圧力で活性化する神経細胞のタンパク質を、フェリチンと呼ばれる鉄を貯蔵するタンパク質や無機常磁性粒子に結合させることで、遺伝子操作により電波や磁場に感応するようにできることがわかっています。これらの方法は、マウスの血糖値を調節するために使用されるなど、重要な進歩を遂げていますが、複数の部品を別々に導入しなければなりません。

今回の技術は、このような初期の研究に基づいており、温度と伸張力の両方に敏感なTRPV4というタンパク質を利用している。このタンパク質は、温度と伸縮の両方に敏感で、これらの刺激によって中心孔が開き、細胞膜に電流が流れると、神経インパルスが誘発され、脊髄から脳に伝わります。

ギュラー教授らは、磁気的なトルク（回転力）がTRPV4の中心孔を開くことでTRPV4を活性化するのではないかと考え、遺伝子工学的手法を用いて、フェリチンの常磁性領域にTRPV4を融合させ、神経細胞膜にタンパク質を輸送して挿入するように細胞に信号を送る短いDNA配列を加えた。

マグネトーを使ってゼブラフィッシュの行動を生体内で操作する。ゼブラフィッシュの幼魚は、局所的な磁場に反応してコイル状の行動を示す。Wheeler et al（2016）より。
彼らがこの遺伝子構築物を、ペトリ皿で成長しているヒト胚性腎臓細胞に導入すると、細胞は「Magneto」タンパク質を合成し、それを膜に挿入した。磁場をかけると、設計されたTRPV1タンパク質が活性化され、細胞内のカルシウムイオン濃度が一過性に上昇し、それが蛍光顕微鏡で検出されたことで明らかになった。

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次に、研究チームは、MagnetoのDNA配列をウイルスのゲノムに挿入し、緑色蛍光タンパク質をコードする遺伝子と、特定の種類の神経細胞でのみ発現するように制御するDNA配列を加えた。次に、このウイルスをマウスの内嗅皮質に向けて注射し、脳を解剖して緑色の蛍光を発する細胞を特定した。その後、脳のスライスに磁場をかけるとMagnetoが活性化し、細胞が神経信号を出すことを微小電極で示した。

さらに、Magnetoを使って生きた動物の神経細胞の活動を操作できるかどうかを調べるために、ゼブラフィッシュの幼魚にMagnetoを注射し、通常は逃避反応を制御する体幹と尾の神経細胞に狙いを定めた。さらに、その幼魚を磁石付きの水槽に入れて、磁場にさらすと逃避反応と同じような巻きつき行動が起こることを確認した。この実験には9匹のゼブラフィッシュの幼生が参加したが、その後の解析で、それぞれの幼生にMagnetoを発現している神経細胞が約5個含まれていることがわかった）。

光で脳の活動を読み書きする研究者
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最後の実験では、自由行動下のマウスの線条体にMagnetoを注入した。線条体は、報酬や意欲に関与するドーパミンを産生する神経細胞が存在する脳の深部構造であり、磁化された部分と磁化されていない部分に分かれた装置にマウスを入れた。Magnetoを発現しているマウスは、発現していないマウスに比べて、磁化された場所にいる時間が非常に長くなった。これは、Magnetoが活性化することで、Magnetoを発現している線条体ニューロンからドーパミンが放出され、マウスが磁化された場所にいることに報酬を感じるようになったためである。これは、Magnetoが脳の奥深くにあるニューロンの発火を遠隔操作し、複雑な行動をコントロールできることを示している。

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ハーバード大学の神経科学者スティーブ・ラミレス氏は、光遺伝学を用いてマウスの脳内の記憶を操作していますが、今回の研究は「すごい」と言っています。

"磁石を使って神経細胞の活動を制御する）これまでの試みでは、システムを機能させるために、磁性粒子を注入したり、熱感受性チャネルを発現させるウイルスを注入したり、コイルが磁気の変化を誘発するように動物を頭部に固定したりと、複数の要素が必要でした」と彼は説明する。"複数の部品で構成されるシステムの問題点は、個々の部品が壊れてしまう可能性が非常に高いことです」。

"このシステムは、脳のどこにでも注入できる単一のエレガントなウイルスであり、技術的に簡単で、動くベルやホイッスルが故障する可能性が低いのです。" さらに、"彼らの行動装置は、動物が自由に動き回れるように、必要に応じて磁石を含むように巧妙に設計されています。" と付け加えています。

磁気遺伝学」は、神経科学者のツールボックスに重要な役割を果たしており、今後さらに発展して、脳の発達と機能を研究する新しい方法を研究する新しい方法を研究者に提供してくれるに違いない。https://www.theguardian.

キメラに支配されたDARPAやその他の機関は、いまだにナノテクノロジー・バイオチップの開発を続けています。

https://www.entrepreneur.com/article/238677

https://www.rt.com/news/524972-inhaled-nanobody-treatment-covid/

https://horizon-magazine.eu/article/nanorobots-could-target-cancers-and-clear-blood-clots.html

そして、マインドコントロールのためのタンパク質ベースの生物兵器。

https://www.theguardian.com/science/neurophilosophy/2016/mar/24/magneto-remotely-controls-brain-and-behaviour