Τι είναι η Optogenetics;

Οπογενετική είναι ο έλεγχος της κυτταρικής δράσης χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό γενετικών και οπτικών τεχνικών.Αυτή η μέθοδος ξεκίνησε με την ανακάλυψη βιοχημικών που παράγουν κυτταρικές αποκρίσεις όταν εκτίθενται στο φως.Με την απομόνωση των γονιδίων που κωδικοποιούν για αυτές τις πρωτεΐνες, οι επιστήμονες τα χρησιμοποιούν για να διεγείρουν τις αντιδράσεις φωτός σε άλλα ζωντανά κύτταρα.Οι γνώσεις που αποκτήθηκαν από την οπτογενετική παρέχουν στους ερευνητές μεγαλύτερη γνώση των διαφόρων διεργασιών ασθενειών.

Στη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ορισμένοι οργανισμοί παράγουν πρωτεΐνες που ελέγχουν τις ηλεκτρικές χρεώσεις που κανονικά περνούν από κυτταρικές μεμβράνες.Αυτές οι πρωτεΐνες προκάλεσαν αλληλεπίδραση μεταξύ των κυττάρων όταν εκτέθηκαν σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός.Αυτές οι πρωτεΐνες, που συνήθως αναφέρονται ως G-πρωτεΐνες, κωδικοποιούνται από μια ομάδα γονιδίων γνωστών ως Opsins.Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι Bacteriorhodopsins ανταποκρίνονται στο πράσινο φως.Περαιτέρω έρευνες ανακάλυψαν άλλα μέλη της οικογένειας Opsin, συμπεριλαμβανομένης της Channelrhodopsin και της Halorhodopsin.Μία από τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν αρχικά περιλάμβανε την αφαίρεση γονιδίων opsin, συνδυάζοντάς τα με έναν καλοήθη ιό και την εισαγωγή τους σε ζωντανούς νευρώνες σε ένα πιάτο Petri.Όταν τα εγχυμένα κύτταρα εκτέθηκαν σε παλμούς πράσινου φωτός, οι νευρώνες ανταποκρίθηκαν ανοίγοντας κανάλια ιόντων.Με τα ανοικτά κανάλια, τα κύτταρα έλαβαν εισροή ιόντων που προκάλεσαν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος, ξεκινώντας την επικοινωνία με έναν άλλο νευρώνα.Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι άλλες πρωτεΐνες G ανταποκρίνονται σε διαφορετικά ελαφριά χρώματα, αναστέλλοντας ή ενισχύοντας τα κανάλια ιόντων ασβεστίου και την απελευθέρωση της επινεφρίνης.

Η έρευνα τελικά προχώρησε στην εφαρμογή της οπτογενετικής σε μια μικρή ομάδα ζωντανών κυττάρων για τη χρήση ζωντανών θεμάτων θηλαστικών.Με την εισαγωγή των γονιδίων opsin στους εγκεφάλους των ποντικών, τα κύτταρα άρχισαν να παράγουν τις πρωτεΐνες G.Με αυτές τις πρωτεΐνες G και οπτικές ίνες, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να ελέγξουν το ρυθμό της πυροδότησης των νευρώνων.Επίσης, ανέπτυξαν μια μέθοδο μετατροπής μιας μικρής οπτικής ίνας σε ένα ηλεκτρόδιο για να παρέχουν μια ηλεκτρική ανάγνωση της κυτταρικής δραστηριότητας.Αυτή η διασύνδεση εγκεφάλου-υπολογιστή επιτρέπει στους ερευνητές να αξιολογούν και να ρυθμίζουν συγκεκριμένες ομάδες κυττάρων οπουδήποτε στον εγκέφαλο.Με την εξερεύνηση των περιπλοκών της νευρολογικής λειτουργίας, οι γιατροί αποκτούν καλύτερη κατανόηση του τι συνιστά φυσιολογική και ανώμαλη εγκεφαλική δραστηριότητα.Σε αντίθεση με τα φάρμακα και την ηλεκτροθεραπεία, η Optogenetics επιτρέπει τη ρύθμιση συγκεκριμένων κυττάρων και οδών.Η γνώση και η τεχνολογία που λαμβάνονται από την οπτογενετική επιτρέπει επίσης τον έλεγχο της λειτουργίας των καρδιακών κυττάρων, των λεμφοκυττάρων και των ινσουλίνης που εκκρίνουν παγκρεατικά κύτταρα.