Hva er optogenetikk?

Optogenetics er kontrollering av cellevirkning ved bruk av en kombinasjon av genetiske og optiske teknikker. Denne metoden begynte med oppdagelsen av biokjemikalier som gir 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 hentet fra optogenetikk gir forskere større innsikt i forskjellige 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 visse bølgelengder av lys. Disse proteinene, ofte referert til som G-proteiner, er kodet av en gruppe gener kjent som opsins. I løpet av denne tiden fant forskere at bakteriorhodopsiner reagerer på grønt lys. Ytterligere 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 tilegner seg den samme fotosensitiviteten. En av metodene som opprinnelig ble brukt, involverte å fjerne opsingener, kombinere dem med et godartet virus og sette dem inn i levende nevroner i en petriskål. Når de injiserte cellene ble utsatt for pulser av grønt lys, svarte nevronene ved å åpne ionekanaler. Med kanalene åpne, fikk cellene en tilstrømning av ioner som fikk en elektrisk strøm til å strømme, og startet kommunikasjon med et annet nevron. Forskere oppdaget at andre G-proteiner reagerer på forskjellige lysfarger, hemmer eller forbedrer kalsiumionkanaler og epinefrinfrigjøring.

Forskning gikk etter hvert fra å anvende optogenetikk på en liten gruppe levende celler til å bruke levende pattedyremner. Ved å introdusere OpsiN-gener inn i hjernen til mus, begynte cellene å produsere G-proteiner. Med disse G-proteiner og fiberoptikk var forskere i stand til å kontrollere hastigheten på avfyring av nevron. De utviklet også en metode for å konvertere en liten optisk fiber til en elektrode for å gi en elektrisk avlesning av cellulær aktivitet. Dette hjerne-datamaskingrensesnittet lar forskere evaluere og regulere spesifikke grupper av celler hvor som helst i hjernen.

Ved å kombinere magnetisk resonansavbildning (MRI) og optogenetikk, er forskere i stand til å kartlegge nevrale aktiviteter og veier i hjernen. Ved å utforske vanskeligheter 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 hentet fra optogenetika tillater også kontroll av funksjonen til hjerteceller, lymfocytter og insulinutskillende bukspyttkjertelceller.