Με χρήση παλμών φωτός επιστήμονες μπορούν να κλείσουν κατά βούληση νευρωνικά δίκτυα
Έναν «διακόπτη» που… κλείνει τη νευρωνική δραστηριότητα του εγκεφάλου με χρήση παλμών φωτός, ανέπτυξαν ειδικοί του Πανεπιστημίου Στάνφορντ.Το 2005 ο Καρλ Ντάισεροτ από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ ανακάλυψε τον τρόπο ώστε να «ανοίγει» και να «κλείνει» μεμονωμένα κύτταρα του εγκεφάλου με χρήση μιας τεχνικής φωτός την οποία ονόμασε «οπτογενετική».
Εκτοτε, ερευνητικές ομάδες σε ολόκληρο τον κόσμο εφήρμοσαν τη συγκεκριμένη τεχνική για τη μελέτη βλαστικών κυττάρων, κυττάρων του εγκεφάλου, της καρδιάς αλλά και άλλων τύπων κυττάρων που ρυθμίζονται μέσω ηλεκτρικών σημάτων. Ωστόσο, από τις μελέτες είχε φανεί ότι η μέθοδος που βασιζόταν σε χρήση φωτοευαίσθητων πρωτεϊνών ήταν αποτελεσματικότερη στο «άναμμα» των κυττάρων παρά στο «σβήσιμό» τους.
Τι είναι η οπτογενετική
Σημειώνεται ότι η οπτογενετική αποτελεί συνδυασμό της οπτικής με τη γενετική μηχανική. Είναι μια τεχνική μελέτης των νευρωνικών κυκλωμάτων που βασίζεται σε φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες οι οποίες απομονώνονται από διάφορους μικροοργανισμούς. Κάθε πρωτεΐνη είναι φωτοευαίσθητη σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος του φωτός και ανταποκρίνεται σε αυτό αλλάζοντας την τρισδιάστατη μορφή της, έτσι ώστε να εισέρχονται και να εξέρχονται τα αναγκαία για τη διαδικασία ιόντα – οι φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες λειτουργούν με λίγα λόγια ως κυτταρικές χρωστικές ουσίες. Η λειτουργία των κυττάρων που δέχονται αυτές τις πρωτεΐνες μπορεί να ελεγχθεί με παλμούς λέιζερ. Ένα παράδειγμα είναι ότι το μπλε φως διεγείρει κάποιους νευρώνες, τους οποίους το κόκκινο φως αναστέλλει.
Αποτελεσματικός off διακόπτης
Τώρα, περίπου μια δεκαετία μετά την πρώτη επιτυχία της ομάδας από το Στάνφορντ, ο δρ Ντάισεροτ και οι συνεργάτες του επέτυχαν να «ανοίξουν» και να «κλείσουν» τους νευρώνες του εγκεφάλου εξίσου αποτελεσματικά. Οι ερευνητές τροποποίησαν κατάλληλα τις φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για το «κλείσιμο» της νευρωνικής δραστηριότητας, όπως αναφέρουν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Science».
Σύμφωνα με τον Τόμας Ινσεν, διευθυντή του Εθνικού Ινστιτούτου Ψυχικής Υγείας των ΗΠΑ το οποίο χρηματοδότησε τη μελέτη, αυτός ο βελτιωμένος «οff» διακόπτης θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τα δίκτυα του εγκεφάλου που εμπλέκονται στη σκέψη, στη συμπεριφορά και στα συναισθήματα.
«Επί μακρόν τόσο εμείς όσο και άλλοι στο πεδίο προσπαθούσαμε να επιτύχουμε αυτήν την αναστολή της λειτουργίας των νευρώνων» ανέφερε ο δρ Ντάισεροτ, κύριος συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής Εμβιομηχανικής, Ψυχιατρικής και Συμπεριφορικών Επιστημών και προσέθεσε: «Είμαστε ενθουσιασμένοι με το ότι τώρα το καταφέραμε κυρίως επειδή πιστεύουμε ότι αυτή η εξέλιξη θα βελτιώσει τις έρευνές μας σε οργανισμούς με μεγάλο μέγεθος εγκεφάλου όπως οι αρουραίοι και τα πρωτεύοντα είδη».
Αλλαγή 10 αμινοξέων
Η νέα τεχνική βασίζεται σε αλλαγή 10 αμινοξέων των οπτογενετικών πρωτεϊνών που χρησιμοποιεί η ομάδα και οι οποίες ονομάζονται μικροβιακές οψίνες. «Με τη νέα μελέτη ‘γεννιέται’ ένα ισχυρό εργαλείο που επιτρέπει στους νευροεπιστήμονες να βάζουν ‘φρένο’ σε οποιοδήποτε κύκλωμα θέλουν με ακρίβεια της τάξεως του χιλιοστού του δευτερολέπτου» εξήγησε ο κ. Ινσελ.
Η μέθοδος μπορεί να βοηθήσει τους ειδικούς να αναπτύξουν θεραπείες για ασθενείς με κάποιες νόσους του εγκεφάλου παρεμβαίνοντας με φως σε νευρωνικά δίκτυα τα οποία θα «ανάβουν» και θα «σβήνουν» σύμφωνα με τη βούληση των επιστημόνων.
Ο Μέραμπ Κοκάια, καθηγητής του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου του Λουντ στη Σουηδία που χρησιμοποιεί την οπτογενετική για τη μελέτη της επιληψίας χαιρέτισε τα νέα ευρήματα. «Το καινούργιο ‘εργαλείο’ μπορεί να αποδειχθεί άκρως χρήσιμο στις συμπεριφορικές μελέτες σε ζώα αλλά συγχρόνως μπορεί να αποτελέσει μια θεραπευτική εναλλακτική για νευρολογικές παθήσεις στις οποίες τα φάρμακα δεν είναι αποτελεσματικά, όπως στην επιληψία και σε άλλες διαταραχές που σχετίζονται με υπερδιέγερση των νευρώνων» είπε ο ειδικός.
