Hva er optogenetikk?

Optogenetikk er kontrollen av cellevirkningen ved bruk av en kombinasjon av genetiske og optiske teknikker. Denne metoden begynte med oppdagelsen av biokjemikalier som produserer cellulære responser når de ble utsatt for lys. Ved å isolere genene som koder for disse proteinene, bruker forskere dem for å stimulere lysresponser i andre levende celler. Kunnskapen fra optogenetikk gir forskere større innsikt i ulike sykdomsprosesser.

På 1970-tallet oppdaget forskere at visse organismer produserer proteiner som kontrollerer de elektriske ladningene som normalt passerer over cellemembraner. Disse proteinene forårsaket intertaksjon mellom celler når de ble utsatt for bestemte bølgelengder av lys. Disse proteiner, ofte referert til som G-proteiner, er kodet av en gruppe gener kjent som opsins. I løpet av denne tiden fant forskere at bakteriorhodopsins reagerer på grønt lys. Videre forskning oppdaget andre medlemmer av opsin-familien, inkludert channelrhodopsin og halorhodopsin.

I løpet av tiåret 2000 til 2010 fant nevrovitenskapsmenn at det er mulig å trekke ut opsingener og sette dem inn i andre levende celler, som deretter får den samme lysfølsomheten. En av metodene som opprinnelig ble brukt, var å fjerne opsingener, kombinere dem med et godartet virus og sette dem inn i levende nevroner i en petriskål. Når de injiserte celler ble utsatt for pulser av grønt lys, svarte nevronene ved å åpne ionekanaler. Når kanalene var åpne, fikk cellene en tilstrømning av ioner som fikk en elektrisk strøm til å strømme, og startet kommunikasjon med en annen nevron. Forskere oppdaget at andre G-proteiner reagerer på forskjellige lysfarger, hemmer eller forbedrer kalsiumionkanaler og frigjør epinefrin.

Forskningen gikk etter hvert fra å anvende optogenetikk til en liten gruppe av levende celler til å bruke levende pattedyrsubjekter. Ved å introdusere opsingenene i hjernen til mus, begynte cellene å produsere G-proteiner. Med disse G-proteiner og fiberoptikk var forskere i stand til å kontrollere frekvensen av nevronfyring. De utviklet også en metode for å konvertere en liten optisk fiber til en elektrode for å gi en elektrisk avlesning av mobilaktivitet. Dette hjerne-datamaskin-grensesnittet lar forskere evaluere og regulere spesifikke grupper av celler hvor som helst i hjernen.

Ved å kombinere magnetisk resonansbilde (MRI) og optogenetikk, er forskere i stand til å kartlegge nevrale aktiviteter og veier i hjernen. Ved å utforske vanskelighetene med nevrologisk funksjon, får leger en bedre forståelse av hva som utgjør normal og unormal hjerneaktivitet. I motsetning til medisiner og elektroterapi, tillater optogenetikk regulering av spesifikke celler og veier. Kunnskapen og teknologien oppnådd fra optogenetikk gjør det også mulig å kontrollere funksjonen til hjerteceller, lymfocytter og insulinutskillende bukspyttkjertelceller.