Hvad er optogenetik?

Optogenetik er styringen af ​​cellevirkningen ved hjælp af en kombination af genetiske og optiske teknikker. Denne metode begyndte med opdagelsen af ​​biokemikalier, der producerer cellulære reaktioner, når de udsættes for lys. Ved at isolere de gener, der koder for disse proteiner, bruger forskere dem til at stimulere lysresponser i andre levende celler. Den viden, der er opnået fra optogenetik, giver forskerne større indsigt i forskellige sygdomsprocesser.

I 1970'erne opdagede forskere, at visse organismer producerer proteiner, der kontrollerer de elektriske ladninger, der normalt passerer gennem cellemembraner. Disse proteiner forårsagede intertaktion mellem celler, når de blev udsat for bestemte bølgelængder af lys. Disse proteiner, almindeligvis omtalt som G-proteiner, kodes for af en gruppe gener, der er kendt som opsins. I løbet af denne periode fandt forskere, at bakteriorhodopsins reagerer på grønt lys. Yderligere forskning opdagede andre medlemmer af opsin-familien, herunder channelrhodopsin og halorhodopsin.

I årtiet 2000 til 2010 fandt neurovidenskabsmænd, at det er muligt at udtrække opsingener og indsætte dem i andre levende celler, som derefter får den samme lysfølsomhed. En af de oprindeligt anvendte metoder involverede fjernelse af opsingener, kombination af dem med en godartet virus og indsættelse af dem i levende neuroner i en petriskål. Når de injicerede celler blev udsat for pulser af grønt lys, reagerede neuronerne ved at åbne ionkanaler. Med åbne kanaler modtog cellerne en tilstrømning af ioner, der fik en elektrisk strøm til at strømme, hvilket initierede kommunikation med en anden neuron. Forskere opdagede, at andre G-proteiner reagerer på forskellige lysfarver, hæmmer eller forbedrer calciumionkanaler og frigiver epinefrin.

Forskningen skred efterhånden fra at anvende optogenetik til en lille gruppe af levende celler til anvendelse af levende pattedyrsubjekter. Ved at introducere opsingenerne i musenes hjerner begyndte cellerne at fremstille G-proteinerne. Med disse G-proteiner og fiberoptik var forskerne i stand til at kontrollere frekvensen af ​​neuronfyring. De udviklede også en metode til konvertering af en lille optisk fiber til en elektrode for at tilvejebringe en elektrisk aflæsning af cellulær aktivitet. Denne hjernecomputer-grænseflade giver forskere mulighed for at evaluere og regulere specifikke grupper af celler overalt i hjernen.

Ved at kombinere magnetisk resonansbillede (MRI) og optogenetik er forskere i stand til at kortlægge neurale aktiviteter og veje i hjernen. Ved at udforske vanskelighederne med neurologisk funktion får læger en bedre forståelse af, hvad der udgør normal og unormal hjerneaktivitet. I modsætning til medicin og elektroterapi tillader optogenetik regulering af specifikke celler og veje. Viden og teknologien opnået fra optogenetik tillader også kontrol af hjertecellernes funktion, lymfocytter og insulinudskillelse af bugspytkirtelceller.