Az optogenetika jelenlegi és jövőbeli alkalmazásai

Producer: James Ives, MPsych

optogenetika

Az optogenetika a fény felhasználásának tudománya a sejtek viselkedésének szabályozására. Ez az alkalmazott kutatás egyik leggyorsabban fejlődő területe. Az optogenetikai technikák lehetővé teszik az elektromosan gerjesztő sejtek, például izom- vagy idegsejtek szabályozását.

Annak érdekében, hogy az idegsejt fényérzékeny legyen, speciális fényérzékeny fehérjékkel, rodopszinekkel látják el. Ezek hasonlóak a jövőképünkben résztvevőkhöz.

Az idegsejt módosítására használt sajátos rodopszintől függően megvilágításakor vagy továbbítja, vagy blokkolja az idegimpulzust. Ez lehetővé teszi az egyes szervek, testrészek vagy akár egy egész szervezet viselkedésének ellenőrzését.

Hitel: Andrii Vodolazhskyi/Shutterstock.com

Kapcsolódó történetek

Például a fény felhasználható a fájdalomjelek blokkolására. Világszerte nagyszámú ember tapasztal krónikus fájdalmat. A modern orvostudomány csak fájdalomcsillapítókat kínál, amelyek gyakran a betegeknél kábítószer-függőséget vagy mellékhatásokat okoznak.

A fényérzékeny fehérjék fogalma természetesen a látás helyreállításának lehetőségére utal vak embereknél. A retinasejtek károsodásának egyes eseteiben ez valóban lehetőség. Az elveszített látás bizonyos mértékig helyreállítható azáltal, hogy fényérzékenységet indukál az úgynevezett retina ganglion sejtekben, amelyek normál esetben más speciális sejtektől kapnak vizuális információkat a fény közvetlen elnyelése helyett.

A modern orvostudomány jelentős fejlődése lehetővé teszi számunkra, hogy tabletták szedésével és mindenféle kezeléssel nagyon meghosszabbítsuk az emberi élettartamot. De ha egy betegnek öregedéssel összefüggő agyi állapota van, például Alzheimer-kór vagy Parkinson-kór, életminősége romlik.

A tudósok vizsgálják ezeket a betegségeket, vagy legalább enyhítik a tüneteket. Az optogenetikának is van véleménye ebben a tekintetben: alternatívákat nyújthat a jelenleg elterjedt kezelési eljárásnak, az úgynevezett mély agyi stimulációnak.

Ez utóbbi magában foglalja beültetett elektródák használatát az agy meghatározott régióinak elektromos stimulálására. Ez a technika az elektródák nagyon pontos pozícionálására támaszkodik, amelyek típusuktól függetlenül nagy számban gerjesztik a környező idegsejteket.

Az optogenetikai technikák ezzel szemben lehetőséget kínálnak egy adott típusú idegsejtek szelektív gerjesztésére. Emellett a legújabb lézertechnológia lehetővé teszi a precíziós sugárpozícionálást, ami azt jelenti, hogy már nem lehet szükség fém elektródák beültetésére az agyba.

Még a szív is kaphat optogenetikai frissítést a pulzus rendellenességeinek kijavítására. Megfelelő rodopszinek bejuttatásával a sinus csomópontba, más néven a szív természetes pacemakereként, az összehúzódások sebessége könnyű impulzusokkal szabályozható a test natív mechanizmusával.

Ha azonban a rodopszinek beültetésre kerülnek a kardiomiocitákba - a szívizom alkotó sejtek -, akkor a pulzusszám közvetlenül szabályozható. Ez az alapelv az optogenetikus pacemakerek mögött, amelyek jelenleg fejlesztés alatt állnak.

Az optogenetika vitathatatlanul segíthet a motoros működés helyreállításában bénult betegeknél. Ez magában foglalja a fény használatát a módosított motoros idegsejtek aktiválásához, ami viszont kiváltja az izomösszehúzódásokat.

Egy másik lehetséges alternatíva az lenne, ha magukat az izomsejteket módosítanánk, majd a rajtuk lévő fényt használnánk összehúzódások létrehozására. Ebben a beállításban felvehettük az agyban azokat a jeleket, amelyek mondjuk egy kar meghajlásához kapcsolódnak, és válaszolhatunk az érintett izmok megvilágításával, aminek következtében a kar meghajlik.

Az ilyen jellegű kísérleteket ma már csak olyan modell organizmusokkal végzik, mint az egerek és a halak. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy vírusokat kell használni a rodopszinek - a módszer középpontjában álló fehérjék - sejtekbe történő bejuttatásához.

A vírus egy bizonyos fehérjét kódoló gént hordoz a sejtbe, amely ezután megkezdi a fehérje termelését. Ezt az eljárást, amelyet génterápiának neveznek, vagy szigorúan szabályozzák, vagy teljesen tiltják sok országban.

Remélhetőleg a most zajló kísérletek enyhítik azt a szorongást, amelyet a betegek úgy éreznek, hogy idegen gének kerülnek a testükbe. A technológia meglehetősen biztonságos, és most az a kérdés, hogy engedélyt kell-e szerezni ezen fehérje-szállítási módszerek széles körű alkalmazására.

„Kétségtelen, hogy az optogenetikát végül fel lehet használni az emberi test hibás szerveinek helyreállítására. És a génterápia lehetővé teszi számunkra, hogy ezt teljesen invazív módon tegyük meg ”- mondja Vitalij Sevcsenko, a MIPT Membrán Proteinek Haladó Tanulmányainak Laboratóriuma. "Kívánt esetben akár testünket is" tovább lehet fejleszteni "úgy, hogy egyes alkatrészeiket hatékonyabb alkatrészekre cseréljük!"

Vitalij Sevcsenkóról

Vitalij Sevcsenko a MIPT Membránfehérjék Haladó Tanulmányainak Laboratóriumának kutatója. Jövőre és a Forschungszentrum Jülich vendégkutatója.