Optogenetics คืออะไร?

ออพโตจีเนติกส์เป็นการควบคุมการกระทำของเซลล์โดยใช้การรวมกันของเทคนิคทางพันธุกรรมและออพติคอลวิธีนี้เริ่มต้นด้วยการค้นพบชีวเคมีที่ให้การตอบสนองของเซลล์เมื่อสัมผัสกับแสงโดยการแยกยีนที่รหัสสำหรับโปรตีนเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์ใช้มันเพื่อกระตุ้นการตอบสนองของแสงในเซลล์ที่มีชีวิตอื่น ๆความรู้ที่ได้รับจากออพโตจีเนติกส์ช่วยให้นักวิจัยมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับกระบวนการโรคต่าง ๆ

ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิดผลิตโปรตีนที่ควบคุมค่าไฟฟ้าซึ่งปกติผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โปรตีนเหล่านี้ทำให้เกิดการแทรกซึมระหว่างเซลล์เมื่อสัมผัสกับความยาวคลื่นบางอย่างของแสงโปรตีนเหล่านี้มักเรียกกันว่า G-proteins ถูกเข้ารหัสโดยกลุ่มของยีนที่เรียกว่า opsinsในช่วงเวลานี้นักวิจัยพบว่า bacteriorhodopsins ตอบสนองต่อแสงสีเขียวการวิจัยเพิ่มเติมค้นพบสมาชิกคนอื่น ๆ ของตระกูล opsin รวมถึง channelrhodopsin และ halorhodopsin

หนึ่งในวิธีการที่ใช้ในขั้นต้นเกี่ยวข้องกับการกำจัดยีน opsin รวมเข้ากับไวรัสที่อ่อนโยนและแทรกเข้าไปในเซลล์ประสาทที่มีชีวิตในจาน Petriเมื่อเซลล์ที่ถูกฉีดถูกสัมผัสกับพัลส์ของแสงสีเขียวเซลล์ประสาทตอบสนองโดยการเปิดช่องไอออนเมื่อช่องเปิดเปิดเซลล์จะได้รับการไหลบ่าเข้ามาของไอออนซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านการเริ่มต้นการสื่อสารกับเซลล์ประสาทอื่นนักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าโปรตีน G อื่น ๆ ตอบสนองต่อสีอ่อนที่แตกต่างกันยับยั้งหรือเพิ่มช่องทางแคลเซียมไอออนและการปลดปล่อยอะดรีนาลีนการวิจัยในที่สุดก็ก้าวหน้าจากการใช้ออพโตจีนิกส์กับเซลล์ที่มีชีวิตกลุ่มเล็ก ๆ เพื่อใช้วิชาเลี้ยงลูกด้วยนมสดด้วยการแนะนำยีน opsin ลงในสมองของหนูเซลล์เริ่มผลิต G-proteinsด้วย G-proteins และใยแก้วนำแสงเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมอัตราการยิงของเซลล์ประสาทได้พวกเขายังพัฒนาวิธีการแปลงเส้นใยออปติกขนาดเล็กเป็นอิเล็กโทรดเพื่อให้การอ่านค่าไฟฟ้าของกิจกรรมเซลลูลาร์การเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์สมองนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถประเมินและควบคุมกลุ่มเฉพาะของเซลล์ได้ทุกที่ในสมองโดยการรวมการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) และออพโตจีเนติกส์นักวิจัยสามารถแมปกิจกรรมประสาทและเส้นทางภายในสมองโดยการสำรวจความซับซ้อนของการทำงานของระบบประสาทแพทย์จะได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับสิ่งที่ถือว่าเป็นกิจกรรมสมองปกติและผิดปกติซึ่งแตกต่างจากยาและการบำบัดด้วยไฟฟ้า optogenetics ช่วยให้การควบคุมเซลล์และเส้นทางเฉพาะความรู้และเทคโนโลยีที่ได้จากออพโตจีนิติกยังช่วยให้สามารถควบคุมการทำงานของเซลล์หัวใจ, เซลล์เม็ดเลือดขาว, และอินซูลินหลั่งเซลล์ตับอ่อน