Продуцирано от Джеймс Айвс, MPsych

приложения

Оптогенетиката е наука за използването на светлина за контрол на поведението на клетките. Това е една от най-бързо развиващите се области на приложните изследвания. Оптогенетичните техники дават възможност за контрол на електрически възбудими клетки като мускулни или нервни клетки.

За да направи неврон чувствителен към светлина, той е оборудван със специални фоточувствителни протеини, наречени родопсини. Те са подобни на тези, участващи в нашето виждане.

В зависимост от конкретния родопсин, използван за модифициране на неврон, той ще предава или блокира нервния импулс, когато бъде осветен. Това позволява да се контролират отделни органи, части от тялото или дори поведението на цял организъм.

Кредит: Андрий Водолажски/Shutterstock.com

Свързани истории

Например, светлината може да се използва за блокиране на сигнали за болка. Голям брой хора по света изпитват хронични болки. Всичко, което съвременната медицина може да предложи, са болкоуспокояващи, които често карат пациентите да развият лекарствена зависимост или странични ефекти.

Понятието за светлочувствителни протеини естествено предполага възможност за възстановяване на зрението при слепи хора. В някои случаи на увреждане на клетките на ретината това наистина е опция. Загубеното зрение може да бъде възстановено до известна степен чрез индуциране на фоточувствителност в така наречените ганглиозни клетки на ретината, които обикновено получават визуална информация от други специализирани клетки, вместо директно да абсорбират светлината.

Основният напредък в съвременната медицина ни позволява да удължим живота на човека много, като приемаме хапчета и получаваме всякакви видове лечение. Но ако пациентът има мозъчно заболяване, свързано със стареенето, като болестта на Алцхаймер или болестта на Паркинсон, качеството на живота му непременно ще се влоши.

Учените изследват начини за лечение на тези заболявания или поне облекчаване на симптомите. Оптогенетиката също има думата в това отношение: тя може да осигури алтернативи на преобладаващата в момента процедура за лечение, наречена дълбока мозъчна стимулация.

Последното включва използването на имплантирани електроди за електрическо стимулиране на специфични области на мозъка. Тази техника разчита на много точно позициониране на електродите, които възбуждат голям брой околни неврони, независимо от техния тип.

Оптогенетичните техники, напротив, предлагат начини за селективно възбуждане на невроните от определен тип. В допълнение към това, най-новата лазерна технология позволява високо прецизно позициониране на лъча, което означава, че вече не е необходимо да се имплантират метални електроди в мозъка.

Дори сърцето може да получи оптогенетично подобрение, за да коригира аномалиите на сърдечния ритъм. Чрез въвеждане на подходящи родопсини в синусовия възел, известен също като естествения пейсмейкър на сърцето, скоростта на контракциите може да се регулира със светлинни импулси, използвайки естествения механизъм на тялото.

Ако обаче родопсините се имплантират в кардиомиоцитите - клетките, изграждащи сърдечния мускул - сърдечната честота може да се контролира директно. Това е принципът зад оптогенетичните пейсмейкъри, които в момента се разработват.

Оптогенетиката може да помогне за възстановяване на двигателната функция при пациенти с парализа. Това би включвало използването на светлина за активиране на модифицирани двигателни неврони, което от своя страна би предизвикало мускулни контракции.

Друга възможна алтернатива би била модифицирането на самите мускулни клетки и след това да се използва светлина директно върху тях, за да се получат контракции. В тази настройка бихме могли да уловим сигналите в мозъка, свързани с, да речем, огъване на ръката и да реагираме чрез осветяване на засегнатите мускули, което кара ръката да се огъне.

Експерименти от този вид сега се провеждат само върху моделни организми като мишки и риби. Това се дължи на факта, че вирусите трябва да се използват за доставяне на родопсини - протеините, които са в основата на метода - в клетките.

Вирусът пренася в клетката гена, кодиращ определен протеин, който след това започва да произвежда протеина. Тази процедура, наричана генна терапия, е или строго регламентирана, или изобщо забранена в много страни.

Надяваме се, че експериментите, които са в ход, ще облекчат безпокойството, което пациентите изпитват при перспективата за внедряване на извънземни гени в тялото им. Технологията е доста безопасна и сега става въпрос за осигуряване на разрешение за широко използване на тези методи за доставка на протеини.

„Няма съмнение, че оптогенетиката в крайна сметка може да се използва за възстановяване на отпаднали органи в човешкото тяло. И генната терапия ще ни позволи да направим това напълно неинвазивно “, казва Виталий Шевченко от MIPT Лаборатория за напреднали изследвания на мембранните протеини. „При желание би било възможно дори да„ надградим “телата си, като заменим някои от техните части с по-ефективни компоненти!“

За Виталий Шевченко

Виталий Шевченко е изследовател в Лабораторията за напреднали изследвания на мембранните протеини, MIPT. Следващата година и гостуващ изследовател във Forschungszentrum Jülich.