Разработанная в начале 2000-х годов, оптогенетика — комбинированное использование генетических и оптических (легких) методов для контроля генов и нейронов — является одной из самых быстроразвивающихся технологий в нейробиологии и обладает потенциалом революционизировать способ, которым ученые изучают мозг .
Optogenetca — это экспериментальный метод в биологических исследованиях, который включает в себя сочетание оптики и генетики в технологиях, которые предназначены для контроля (посредством возбуждения или торможения) четко определенных событий в клетках живой ткани животных.
В отличие от экспериментальных методов, ранее разработанных для управления освещением, оптогенетика позволяет исследователям использовать свет для включения или выключения клеток с замечательной точностью и разрешением (до отдельные клетки или даже области клеток) у живых и движущихся животных. Следовательно, его можно использовать не только для контроля специфического поведения у животных, такого как активация или блокирование страха или боли, но также для определения вклада отдельных клеток в такое поведение.
С 1970-х годов многие лаборатории идентифицировали различные трансмембранные белки, называемые опсинами , которые реагируют на свет (каждый с различной частотой), открывая и позволяя избирательно проходить заряженным ионам. через них. В конце 1990-х годов в некоторых лабораториях было проведено первое исследование, в котором эти белки использовались для контроля над нейронами очень элегантным способом: обеспечить тех, кто хочет изучать, и только тех, которые опсинами, которые активируются светом, они будут реагировать, открываясь и приводя к возбуждению или торможению клетки.
Хотя это было концептуально просто, только в 2005 году команде К. Дейссерота из Массачусетского технологического института удалось опубликовать революционную статью: путем интеграции одного из этих опсинов, названного Channelrhododopsina-2 ( ChR2), для тех, кто обычно присутствует в культуре мышиных клеток мозга, исследователи смогли активировать нейроны с временной точностью порядка миллисекунд, включив лазер.
В настоящее время оптогенетика стала относительно широко распространенным и применяемым методом для многих видов, от червей до приматов, не являющихся людьми.
Его использование может служить для подтверждения гипотез или знаний, приобретенных ранее другим способом, чтобы прояснить функционирование некоторых явлений, чтобы различать влияние различных нейронов на поведение живой морской свинки или манипулировать разумом.
Это метод, который « позволит эффективно лечить многие заболевания головного мозга в ближайшем будущем» , по крайней мере так обещают исследователи.
Оптогенетика дает точные временные импульсы света, направленные на целевые области или клетки ткани, что позволяет исследователям активировать или блокировать события в определенных клетках живых животных. Например, у мыши с лапой, чувствительной к гиперчувствительности к прикосновению, болевая реакция может быть устранена путем появления желтого света на пораженной лапе, клетках, в которые они были нацелены, чтобы экспрессировать тип светочувствительного микробного белка, известного как опсин .
Первые эксперименты на людях, в которых участвовала оптогенетика, начались в 2016 году и были направлены на изучение потенциального использования технологии для лечения пациентов с наследственным пигментным ретинитом .
Прогрессирующая дегенерация сетчатки, отличительная черта заболевания, вызывает серьезные проблемы со зрением. Ожидалось, что по крайней мере 15 пациентов, которые были слепыми или в основном слепыми, должны были участвовать в исследовании, и каждый из них получал бы инъекцию вирусов, которые несут гены, кодирующие опсин, нацеленные конкретно на ганглиозные клетки сетчатки (RGC). Одной из основных целей теста было установить светочувствительность в RGCs, которые обычно не подвержены пигментному ретиниту и обычно передают визуальную информацию от фоторецепторов в глаз к мозгу. В присутствии синего света RGC, экспрессирующие опсин, начинают посылать визуальные сигналы в мозг.
Оптогенетика, по-видимому, открывает огромные горизонты для исследователей, которые уже сегодня могут модулировать нервную деятельность посредством стимуляции оптическими волокнами светочувствительных белков, называемых опсинами, продуцируемыми ad hoc внутри нейронов; но « со светом также можно контролировать включение или выключение генов в утонченной форме эпигенетики, которую мы можем определить как искусственную , которая даст нам возможность активировать полезные гены и деактивировать опасные гены на наш вкус »
Хотя степень, в которой оптогенетическое лечение улучшало зрение, была неопределенной, результаты исследования были весьма ожидаемыми. Разрабатываются другие оптогенетические методы лечения широкого спектра заболеваний, включая хроническую боль и болезнь Паркинсона.
Оптогенетические методы были применены к широкому кругу вопросов в поведении и физиологии, предоставляя информацию о движении, обучении, памяти, метаболизме, голоде, жажде, дыхании, сне, кровяном давлении, мотивации, страхе и сенсорной обработке.
Были сделаны клинически вдохновленные открытия, помогающие пролить свет на клеточную активность, связанную с такими состояниями, как эпилепсия, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, инсульт, хроническая боль, обсессивное расстройство. компульсивный, наркомания, депрессия, социальная дисфункция и беспокойство.
Например, оптогенетика позволила определить, какие клетки и связи через мозг были важны при определении и сборке различных характеристик тревоги, включая изменения частоты дыхания и избегания риска, в отличное поведенческое состояние.