Co je optogenetika?

Optogenetika je kontrola buněčného působení pomocí kombinace genetických a optických technik. Tato metoda začala objevem biochemikálií, které při vystavení světlu produkují buněčné reakce. Izolací genů, které kódují pro tyto proteiny, je vědci používají ke stimulaci světelných reakcí v jiných živých buňkách. Vědci zjistili, že znalosti získané z optogenetiky poskytují vědcům větší vhled do různých chorobných procesů. Tyto proteiny způsobily intertakci mezi buňkami, když byly vystaveny určitým vlnovým délkám světla. Tyto proteiny, běžně označované jako G-proteiny, jsou kódovány skupinou genů známých jako opsiny. Během této doby vědci zjistili, že bakteriorhodopsiny reagují na zelené světlo. Další výzkum objevil další členy rodiny Opsin, včetně Channelrhodopsin a HalorhodopSin.

Během desetiletí 2000 až 2010 neurovědci zjistili, že je možné extrahovat geny OPSIN a vložit je do jiných živých buněk, které pak získají stejnou fotosenzitivitu. Jedna z původně používaných metod zahrnovala odstranění genů opsinu, jejich kombinování s benigním virem a jejich vložení do živých neuronů do Petriho misky. Když byly injikované buňky vystaveny pulzům zeleného světla, neurony reagovaly otevřením iontových kanálů. S otevřenými kanály obdržely buňky příliv iontů, které způsobily proudění elektrického proudu a zahájily komunikaci s jiným neuronem. Vědci zjistili, že jiné G-proteiny reagují na různé barvy světla, inhibují nebo zvyšují iontové kanály vápníku a uvolňování epinefrinu.

Výzkum nakonec postupoval z uplatňování optogenetiky na malou skupinu živých buněk na používání živých savců. Představením OPSIn Geny do mozku myší začaly buňky produkovat G-proteiny. S těmito G-proteiny a optikou vláken byli vědci schopni kontrolovat rychlost střelby neuronů. Vyvinuli také metodu přeměny malého optického vlákna na elektrodu, aby poskytovaly elektrické odečet buněčné aktivity. Toto propojení mozkového počítače umožňuje vědcům hodnotit a regulovat specifické skupiny buněk kdekoli v mozku.

Kombinací zobrazování magnetické rezonance (MRI) a optogenetiky jsou vědci schopni mapovat nervové aktivity a cesty v mozku. Zkoumáním složitosti neurologické funkce lékaři získají lepší pochopení toho, co představuje normální a abnormální mozkovou aktivitu. Na rozdíl od léků a elektroterapie umožňuje optogenetika regulaci specifických buněk a cest. Znalosti a technologie získaná z optogenetiky také umožňují kontrolu funkce srdečních buněk, lymfocytů a inzulínu vylučujících pankreatické buňky.