Optogenetik, genetik ve optik tekniklerin bir kombinasyonunu kullanarak hücre etkisinin kontrol edilmesidir. Bu yöntem, ışığa maruz kaldığında hücresel tepkiler üreten biyokimyasalların keşfi ile başladı. Bilim adamları bu proteinleri kodlayan genleri izole ederek, diğer canlı hücrelerde ışık tepkilerini uyarmak için bunları kullanırlar. Optogenetikten edinilen bilgiler, araştırmacılara çeşitli hastalık süreçleri hakkında daha fazla bilgi sağlar.
1970'lerde, bilim adamları belirli organizmaların normalde hücresel membranlardan geçen elektrik yüklerini kontrol eden proteinler ürettiklerini keşfetti. Bu proteinler, belirli ışık dalga boylarına maruz kaldıklarında hücreler arasında etkileşime neden olmuştur. Genel olarak G-proteinleri olarak adlandırılan bu proteinler, opsin olarak bilinen bir grup gen tarafından kodlanır. Bu süre zarfında, araştırmacılar bacteriorhodopsinlerin yeşil ışığa tepki verdiğini buldu. Daha ileri araştırmalar, oprod ailesinin diğer üyelerini keşfetti, channelrhodopsin ve halohodopsin.
Sinirbilimciler, 2000-2010 yılları arasında, opsin genlerini çıkarmanın ve onları diğer canlı hücrelere sokmanın mümkün olduğunu keşfettiler, bu da aynı ışığa duyarlılığı elde etti. Başlangıçta kullanılan yöntemlerden biri, opsin genlerinin çıkarılmasını, iyi huylu bir virüsle birleştirilmesini ve bunları bir petri kabındaki canlı nöronlara yerleştirmeyi içeriyordu. Enjekte edilen hücreler yeşil ışık darbelerine maruz kaldığında, nöronlar iyon kanallarının açılmasıyla cevap verdiler. Kanallar açıkken, hücreler bir elektrik akımının akmasına neden olan ve bir başka nöronla iletişimi başlatan iyonlar akışını aldı. Bilim adamları, diğer G proteinlerinin, kalsiyum iyon kanallarını ve epinefrin salınımını inhibe eden veya güçlendiren farklı ışık renklerine yanıt verdiğini keşfetti.
Araştırma, optogenetiğin küçük canlı gruplara canlı memeli deneklerin kullanımına uygulanmasıyla ilerlemiştir. Opsin genlerini farelerin beyinlerine sokarak, hücreler G-proteinlerini üretmeye başladı. Bu G proteinleri ve fiber optiklerle, bilim adamları nöron ateşleme oranını kontrol edebildiler. Ayrıca, hücresel aktivitenin elektriksel bir okumasını sağlamak için küçük bir optik fiberin bir elektroda dönüştürülmesi için bir yöntem geliştirdiler. Bu beyin-bilgisayar arayüzü, araştırmacıların beynin herhangi bir yerindeki belirli hücre gruplarını değerlendirmesini ve düzenlemesini sağlar.
Araştırmacılar, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ve optogenetiği birleştirerek beyin içindeki sinirsel aktiviteleri ve yolları haritalayabilirler. Nörolojik fonksiyonların inceliklerini inceleyerek doktorlar normal ve anormal beyin aktivitesini neyin oluşturduğunu daha iyi anlarlar. İlaçların ve elektroterapinin aksine, optogenetik, belirli hücrelerin ve yolakların düzenlenmesini sağlar. Optogenetikten elde edilen bilgi ve teknoloji aynı zamanda kalp hücrelerinin, lenfositlerin ve insülin salgılayan pankreas hücrelerinin fonksiyonunun kontrolünü sağlar.
