Nieinwazyjna optogenetyka, czyli światłem w neurony

Nieinwazyjna optogenetyka, czyli światłem w neurony
Naukowcy z MIT opracowali nową, nieinwazyjną metodę optogenetyki pozwalającą na
kontrolowanie aktywności neuronów bez konieczności wprowadzania do wnętrza mózgu źródła
światła.
Optogenetyka jest stosunkowo nową, bardzo prężnie rozwijającą się dziedziną nauki, która
pozwala przy pomocy światła kontrolować, a także badać aktywność mózgu. Jest metodą znacznie
mniej inwazyjną niż stosowane dotychczas, starsze techniki tj. głęboka stymulacja mózgu. Obecność
światłoczułych białek (opsyn) pozwala stymulować lub wyciszać sygnały w neuronach. Stosowane do
tej pory techniki (które były już opisywane w naszym portalu) opierały się m.in. na wprowadzeniu
źródła światła w postaci włókien optycznych do wnętrza mózgu w pobliżu sterowanych komórek. Poza
trudnościami w ich implantacji, nie nadawały się również do badań trwających przez dłuższy okres
czasu (np. badania nad rozwojem mózgu, gdy jego wielkość ulega z czasem zmianie) oraz do analizy
chorób o podłożu neurodegeneracyjnym (gdzie implant mógł w pewien sposób oddziaływać na
fizjologię mózgu). Naukowcy z MIT, pod przewodnictwem Edwarda Boydena, opracowali nową
metodę, która pozwala na wykorzystanie źródła światła poza sterowanym organizmem. Inżynierowie
skonstruowali molekuły („Jaws”) pozwalające na nieinwazyjne wyciszanie neuronów.
Większość wykorzystywanych dotychczas w optogenetyce opsyn była wrażliwa na niebieskie i
zielone światło. Zespół Boydena jakiś czas temu opisał dwie światłoczułe pompy jonowe (reagujące
na czerwone światło) występujące naturalnie w bakteriach Haloarcula marismortui i Haloarcula
vallismortis. Prąd przez nie wytwarzany był jednak niewystarczający do właściwej kontroli neuronów.
Poprzez tworzenie różnych wariantów mutantów zespół skonstruował nową pompę, która była nadal
wrażliwa na światło czerwone, ale dawała znacznie silniejszą odpowiedź pobudzającą lub hamującą
neurony, niż swój naturalny poprzednik. Dzięki wykorzystaniu tak otrzymanej opsyny naukowcom
udało się wyciszyć aktywność neuronów w mózgu myszy przy wykorzystaniu zewnętrznego źródła
światła czerwonego. Metoda okazała się równie skuteczna, co przy wykorzystaniu innych źródeł
światła w przypadku dotychczas stosowanej optogenetyki inwazyjnej. Wcześniejsze badania
wykorzystujące zewnętrzne źródło światła dotyczyły nocyreceptorów, które zlokalizowane są tuż pod
skórą – dzięki zastosowaniu „Jaws” udało się wyciszyć neurony wewnątrz mózgu. Co więcej, upatruje
się również potencjalnego zastosowania „Jaws” w przypadku leczenia barwnikowych zwyrodnień
siatkówki, ponieważ bardzo przypominają naturalne opsyny oka, będąc jednocześnie znacznie
bardziej wrażliwymi na światło. „Twój mózg pośredniczy wszystkiemu co czujesz, myślisz i robisz.
Mózg jest niezwykle złożony – każdy jego milimetr sześcienny zawiera prawdopodobnie sto tysięcy
komórek, połączonych miliardami synaps, z których każda działa z dokładnością do milisekundy.
Tworzymy narzędzia, umożliwiające mapowanie cząsteczek i zwojów, rejestrację i kontrolę
neuronowej dynamiki i naprawę możliwych dysfunkcji. Zajmujemy się dystrybucją naszych narzędzi w
środowisku naukowym, a także zastosowaniem ich do systematycznej analizy mózgu, zmierzającej do
ujawnienia podstawowych mechanizmów jego funkcjonowania i uzyskania nowych strategii
terapeutycznych w leczeniu zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.” – Pisze Edward Boyden
na swojej stronie internetowej.
Wykorzystanie nieinwazyjnej optogenetyki może okazać się skutecznym narzędziem nie tylko
w badaniach nad funkcjonowaniem i rozwojem mózgu, ale również mogłoby w przyszłości pomóc w
leczeniu takich chorób neurologicznych jak padaczka. W swojej publikacji autorzy dodają ponadto
nadzieje, że dzięki wykorzystaniu „Jaws” możliwe będzie w przyszłości wyeliminowanie znacznej
liczby niepotrzebnych inwazyjnych operacji mózgu. Co więcej, dzięki zastosowaniu zewnętrznego
źródła światła uda się wyeliminować wiele znanych problemów związanych wprowadzaniem
implantów w tak wrażliwą część ludzkiego ciała, a także umożliwi to obrazowanie długoterminowe
oraz monitorowanie postępów choroby (lub stosowanego leczenia) bez dodatkowej, niepożądanej w
tym przypadku ingerencji. Być może wcześniejsze badania dotyczące optogenetyki, podczas których
© Mr and Mrs Copywriter. All Rights Reserved
www.mr-and-mrs-copywriter.pl
konieczne było wprowadzenie do mózgu źródła światła będą mogły być powtórzone z wykorzystaniem
tej nieinwazyjnej, prostej metody.
Źródła:
1. Amy S Chuong, Edward S Boyden i in. , Noninvasive optical inhibition with a red-shifted microbial
rhodopsin, Nature Neuroscience, 2014
2. http://syntheticneurobiology.org/
© Mr and Mrs Copywriter. All Rights Reserved
www.mr-and-mrs-copywriter.pl