Wat is optogenetica?

Optogenetica is het beheersen van celwerking met behulp van een combinatie van genetische en optische technieken.Deze methode begon met de ontdekking van biochemicaliën die cellulaire responsen produceren bij blootstelling aan licht.Door de genen te isoleren die voor deze eiwitten coderen, gebruiken wetenschappers ze om lichte reacties in andere levende cellen te stimuleren.De kennis die wordt opgedaan door optogenetica biedt onderzoekers een groter inzicht in verschillende ziekteprocessen.

In de jaren zeventig ontdekten wetenschappers dat bepaalde organismen eiwitten produceren die de elektrische ladingen regelen die normaal over cellulaire membranen passeren.Deze eiwitten veroorzaakten intertactie tussen cellen bij blootstelling aan bepaalde golflengten van licht.Deze eiwitten, gewoonlijk aangeduid als G-eiwitten, worden gecodeerd door een groep genen die bekend staan als Opsins.Gedurende deze tijd vonden onderzoekers dat bacteriorhodopsins reageren op groen licht.Verder onderzoek ontdekte andere leden van de Opsin -familie, waaronder channelrhodopsine en halorhodopsin.

In het decennium 2000 tot 2010 ontdekten neurowetenschappers dat het mogelijk is om opsinegenen te extraheren en in andere levende cellen te plaatsen, die vervolgens dezelfde fotosensiteit verwerven.Een van de aanvankelijk gebruikte methoden omvatte het verwijderen van opsin -genen, het combineren van een goedaardig virus en het plaatsen van levende neuronen in een petrischaal.Toen de geïnjecteerde cellen werden blootgesteld aan pulsen van groen licht, reageerden de neuronen door het openen van ionkanalen.Met de kanalen open, ontvingen de cellen een instroom van ionen die ervoor zorgden dat een elektrische stroom stroomde, waardoor communicatie met een ander neuron werd initiëren.Wetenschappers ontdekten dat andere G-eiwitten reageren op verschillende lichtkleuren, waarbij calciumionkanalen en de afgifte van epinefrine remmen of verbeteren.

Onderzoek is uiteindelijk vooruitgegaan van het toepassen van optogenetica op een kleine groep levende cellen naar het gebruik van levende zoogdieren.Door de opsine-genen in de hersenen van muizen te introduceren, begonnen de cellen de G-eiwitten te produceren.Met deze G-eiwitten en glasvezel konden wetenschappers de snelheid van neuronvuren regelen.Ze ontwikkelden ook een methode om een kleine optische vezel om te zetten in een elektrode om een elektrische uitlezing van cellulaire activiteit te bieden.Met deze interface van de hersencomputer kunnen onderzoekers specifieke groepen cellen overal in de hersenen evalueren en reguleren.

Door het combineren van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en optogenetica, zijn onderzoekers in staat om neurale activiteiten en routes in de hersenen in kaart te brengen.Door de ingewikkeldheden van de neurologische functie te onderzoeken, krijgen artsen een beter inzicht in wat normale en abnormale hersenactiviteit vormt.In tegenstelling tot medicijnen en elektrotherapie maakt optogenetica regulering van specifieke cellen en routes mogelijk.De kennis en technologie verkregen uit optogenetica maakt ook controle mogelijk van de functie van cardiale cellen, lymfocyten en insulineafwende pancreascellen.