Свет — не обезболивающие — используется для активации опиоидных рецепторов мозга

В пробирке ученые соединили светочувствительный белок родопсин с ключевыми частями опиоидных рецепторов, чтобы активировать рецепторные пути с помощью света. Они также влияли на поведение мышей, вводя рецепторы в мозг, используя свет вместо лекарств для стимулирования реакции вознаграждения.Их выводы опубликованы 30 апреля в журнале Neuron.

Конечная надежда состоит в том, чтобы разработать способы использования света для облегчения боли — направление открытий, которое также может привести к созданию лучших обезболивающих с меньшим количеством побочных эффектов.«Вполне возможно, что с гораздо большим количеством исследований мы сможем разработать способы использования света для облегчения боли без необходимости пациенту принимать обезболивающее с побочными эффектами», — сказал первый автор Эдвард Р. Сиуда, аспирант лаборатории Майкла. Р. Брухас, доктор философии, доцент кафедры анестезиологии и нейробиологии.

Но прежде чем это станет возможным, исследователи пытаются изучить наиболее эффективные способы активации и деактивации проводящих путей опиоидных рецепторов в клетках мозга. Брухас, главный исследователь исследования, объяснил, что работа со светом, а не с обезболивающими, значительно упрощает понимание того, как рецепторы функционируют в сложном наборе клеток и цепей в головном и спинном мозге.«Трудно точно определить, как работают опиоидные рецепторы, потому что они выполняют множество функций в организме», — объяснил Брухас. «Эти рецепторы взаимодействуют с обезболивающими препаратами, называемыми опиатами, но они также участвуют в дыхании, обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте и играют роль в ответной реакции».Таким образом, исследователи искали способ ограничить опиоидные рецепторы для выполнения одной задачи за раз, и это оказалось почти так же просто, как щелкнуть выключателем, по словам Бруха, Сиуды и их сотрудников, включая соавтора Брайана.

А. Копитс, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Роберта В. Геро, доктора философии, доктора Сеймура и профессора анестезиологии Роуз Т. Браун.Объединив белок родопсин, который воспринимает свет в сетчатке глаза, с определенным типом опиоидного рецептора, называемым опиоидным рецептором Mu, исследователи смогли создать рецептор, который реагирует на свет точно так же, как стандартные опиоидные рецепторы. обезболивающие.

Когда на опиоидный рецептор воздействует обезболивающее, он инициирует активность определенных химических путей в головном и спинном мозге. И когда исследователи пролили свет на рецепторы, содержащие родопсин, активировались те же клеточные пути.

В пробирке и в клетках Сиуда подвергал рецепторы воздействию света, а затем наблюдал, как они выделяют те же химические вещества, которые выделяют стандартные опиоидные рецепторы. Затем исследователи имплантировали мышам светоизлучающий диод (LED) размером с человеческий волос в область мозга, связанную с ответной реакцией на вознаграждение.

Они вводили светочувствительные рецепторы, которые они генетически создали, в ту же область мозга. Нейроны в этой части мозга выделяют химические вещества, такие как дофамин, которые вызывают чувство эйфории.В течение десятилетий прошлых исследований опиоидов исследователи наблюдали, как мыши и крысы нажимали на рычаг, например, чтобы получить дозу морфина. Морфин активирует опиоидные рецепторы и высвобождение дофамина, и животные, наслаждаясь ответом, снова нажимают на рычаг, чтобы продолжать ощущать это ощущение награды.

Это одна из причин, по которой опиатами так часто злоупотребляют пациенты, проходящие лечение от боли — людям нравится то, как наркотики заставляют их чувствовать так же сильно, как и обезболивающее, которое они обеспечивают, — и темпы злоупотребления резко выросли за последние десять лет.Работая над созданием аналогичного ощущения вознаграждения с помощью света, исследователи поместили мышей в закрытую камеру. В одной части камеры освещенное лазерное оптоволоконное устройство стимулировало выброс дофамина в головном мозге. Когда животные вышли из этой части камеры, свет в мозгу погас.

Вскоре после этого мыши вернулись в ту часть камеры, которая активировала оптоволоконное устройство, чтобы мозг мог получать больше световой стимуляции.«Активируя рецепторы светом, мы, по-видимому, заставляем мозг выделять больше дофамина», — объяснил Брухас. «Вместо лекарства, такого как морфин, активирующего опиоидные рецепторы, свет обеспечивает награду».Исследователи смогли варьировать реакцию животных в зависимости от количества и типа света, излучаемого светодиодом. Разные цвета света, более длительное и короткое воздействие света, импульсный или постоянный свет — все это давало несколько разные эффекты.

Когда человек принимает опиоидные препараты, такие как викодин или оксиконтин, для облегчения боли, такие препараты взаимодействуют с рецепторами в головном мозге, притупляя болевые ощущения. Но со временем у пациентов развивается толерантность, а иногда и зависимость. Опиоиды также могут значительно замедлить дыхание человека и, как правило, вызывать запор.

Теоретически рецепторы, настроенные на свет, могут не представлять такой опасности. Сиуда сказал, что когда-нибудь станет возможным активировать или деактивировать нервные клетки, не затрагивая какие-либо другие рецепторы, запускаемые обезболивающими препаратами, хотя достичь этой цели будет сложно.

Команда Бруха планирует будущие исследования, которые будут использовать эти рецепторы для проверки способов управления клетками мозга, которые опосредуют боль и поощряют поведение светом, а не лекарствами.Исследование было поддержано наградой EUREKA от Национального института злоупотребления наркотиками, Национального института психического здоровья и Национального института общих медицинских наук Национальных институтов здоровья (NIH); номера грантов R01 DA037152, F31 MH101956, K99 DA038725, TR32 GM108539 и NSTR01 NS081707.

Дополнительное финансирование от W.M. Стипендия Кека в области молекулярной медицины; и Медицинский институт Говарда Хьюза.

Siuda ER, Copits BA, Schmidt MJ, Baird MA, Al-Hasani R, Planer WJ, Funderburk SC, McCall JG, Gereau RW, Bruchas M. Пространственно-временной контроль передачи сигналов и поведения опиоидов. Neuron, опубликовано в сети 30 апреля 2015 г.


Портал обо всем