A estimulação optogenética do nervo auditivo

Segundo a Organização Mundial de Saúde, 360 milhões de pessoas no mundo sofrem de perda auditiva. Em indivíduos surdos, estimulação elétrica direta de SGNs por CIs permitir a compreensão da fala aberta na maioria deles ^1,2,4,5. Apesar de CIs foram implantados em mais de 200.000 pessoas, sendo portanto o neuroprosthesis maior sucesso, codificação de som impulsionado pelos atuais implantes cocleares é limitado. IC são baseados na estimulação eléctrica através de um certo número de eléctrodos, em que cada um de uma região activa tonotópico do nervo auditivo, saltando, assim, o órgão de Corti disfuncional sensorial da cóclea. Ouvintes com audição normal podem discriminar mais de 2.000 freqüências, porém CIs de hoje usam somente até 12-22 canais de freqüência ^4. Isto é devido ao fluxo de corrente generalizada de cada eletrodo estimulante ^7,9, a ativação de um grande número de SGNs que representam muitas frequências sonoras diferentes ^8,15. Estelimitação pode ser melhorado utilizando a estimulação multipolar, mas à custa de um maior consumo de energia ^16,17. Sua gama dinâmica de saída para a intensidade do som também é limitado, tipicamente abaixo de 6-20 dB ^4,18. Por estas razões, melhorando frequência ea resolução intensidade são objectivos importantes para aumentar o desempenho do CI para melhorar o reconhecimento de fala em ambientes ruidosos, compreensão prosódia e percepção musical.

Uma opção diferente para estimular o nervo auditivo é a estimulação óptica. A luz pode ser convenientemente focado para atingir uma população pequena SGN, prometendo melhor confinamento espacial, aumentando a resolução de freqüência e também ampliando a gama dinâmica, resultando em uma melhor resolução intensidade. De fato, a estimulação coclear com luz infravermelha mostrou resolução de freqüência excelente em modelos animais ^10,11,19. Uma desvantagem deste tipo de estimulação é que ele requer energias mais elevadas do que a estimulação eléctrica <sup> 10,11. Além disso, as preocupações sobre a capacidade do método para estimular diretamente os neurônios auditivos têm sido levantadas ^12,20.

Como uma alternativa para a estimulação de infravermelhos, que empregam Optogenetics para tornar SGNs sensível à luz. Optogenética é uma nova abordagem que combina técnicas genéticas e ópticas de forma não invasiva e, especificamente, controlar células com alta precisão temporal (Comentários de ^{21 a 23).} A modalidade actualmente mais frequentemente utilizada emprega a expressão do channelrodopsina 2 (ChR2) gene microbiano de Chlamydomonas reinhardtii, e variantes destes, que codifica um canal de luz fechado catião ^24. ChR2 é uma proteína transmembranar-7-hélice que, quando traduzidas em neurónios e activado pela luz azul, age como canal de catião não-selectivos, assim despolarização das células ^{24 e 27.} ChR2 foi bem caracterizada ^{24,28- 31} e muitas variantes têm sido desenvolvidas para modificar actioespectro n, gating e propriedades de permeabilidade ^32,33. O objetivo do nosso trabalho é estabelecer optogenética coclear para a ativação da via auditiva. Notamos que a abordagem optogenetic para estimular o nervo auditivo requer manipulação genética do gânglio espiral para a expressão de channelrodopsina. Trabalhando com ratos e ratazanas permite a utilização de animais transgénicos, disponíveis ^13,34,35, que proporcionam a expressão de channelrodopsina com pouca variabilidade ao longo do eixo e através tonotópico ³⁶ animais. Combinando alelos condicionais ³⁷ com Cre-linhas apropriadas proporciona a expressão específica de célula. A transferência de genes para o gânglio da espiral de outros animais requer a utilização de vírus, tais como vírus adeno-associado que é um método padrão para Optogenetics ³⁸ e que mostrou funcionar bem em ratos ^36. A manipulação genética e expressão de transgenes que codificam proteínas estranhas riscos de ursos para efeitos adversos, como imunorespostas e / ou proliferação ne, condição comprometida ou até mesmo a morte de células geneticamente manipuladas. Para os fins desta demonstração usamos camundongos transgênicos expressando ChR2 em neurônios do gânglio espiral sob a Thy-1 promotor ¹³ para estimular opticamente da via auditiva. Observamos que outras variantes channelrodopsina podem ser usados ​​para o mesmo propósito que nós demonstramos usando a transferência mediada por vírus da captura variante ¹⁴ em SGNs ^39.

Enquanto optogenética coclear requer a manipulação genética, oferece afinação molecular para a estimulação SGN otimizado e melhorado promessas frequência e resolução de intensidade quando comparada à estimulação elétrica. Estimulação optogenética da via auditiva é altamente relevante para a pesquisa de audição. Por exemplo, ele promete avanços em estudos sobre o refinamento de tonotopia dependente de atividade durante o desenvolvimento, na análise da exigência de integração espectral em localizat somion e da extensão da interação entre projeções aferentes específicas de frequência no sistema auditivo central.