Fénnyel irányított állatok

Az optogenetika legújabb eredményeiről a Society for Neuroscience San Diegó-i mini-szimpóziumán számoltak be a hétvégén. Az optogenetika a legutóbbi évtizedben jelent meg – ezzel a nagy pontosságú módszerrel meg lehet figyelni és szabályozni is lehet az idegsejtek aktivitását. Működése a rodopszinokon alapul, amelyek fényérzékeny fehérjék, és az algákból és baktériumokból izolálhatók, de az emberi szemben is jelen van egy formájuk.

Lézerrel aktiválható sejtcsoportok

Ha a szem retinájában levő rodopszint fény éri, ez egy biokémiai reakciósort indít be, amelynek eredményeként a sejtek jelet küldenek az agyba a látóidegen keresztül. A mikróbák rodopszinja azonban másképpen működik: fény hatására közvetlenül megváltoztatják az idegsejtek elektromos tulajdonságait, és éppen ez teszi őket felhasználhatóvá. A neuronba juttatva a rodopszin beépül a sejtmembránba, és ezzel fényérzékennyé teszi a sejtet. Ezután rövid lézer fényingerekkel ezredmásodpercnyi pontossággal lehet egy-egy sejtcsoportot aktiválni vagy aktivitását megszüntetni.

Ez a módszer már kezdettől fogva komoly sikereket hozott. A legkorábbi kísérletekben kis organizmusok – férgek, gyümölcslegyek – mozgását szabályozták a fénnyel. Újabban már emlősök egyre bonyolultabb viselkedéseit is szabályozni tudják. Az utóbbi években az optogenetikát felhasználták vak egerek látásának helyreállítására, gerincvelősérült egerek idegi funkcióinak felélesztésére és a jutalommal, a motivációval és a félelemmel kapcsolatos jelutak szabályozására is.

Ed Boyden, az MIT Media Lab kutatója arról beszélt, hogy milyen fejlesztések, finomítások várhatók a közeljövőben. Genetikai manipulációval elérhető, hogy a rodopszin érzékenyebb legyen a fényre, aminek következtében gyorsul az aktiváció utáni helyreállás és nőhet a ki- és bekapcsolás frekvenciája. Ez azt jelenti, hogy eddig elérhetetlen pontossággal lehet majd szabályozni a komplex idegsejthálózatok működését.

Drót nélküli implantátumok az emberi agyban

Mindeddig a rodopszin csak a sejtmembránban expresszálódott, de most Anselm Levszkaja, a San Franciscó-i University of California kutatója elmondta, hogy hogyan fejlesztette tovább az optogenetikát úgy, hogy a sejten belüli folyamatok is megfigyelhetők legyenek. Ez a módszer olyan pontos, hogy követni lehet vele az egyetlen dendrittüskén lejátszódó bonyolult folyamatokat is. Egy másik forradalmian új lehetőség a gének transzkripciójának szabályozása – akár sok géné egyidejűleg – igen nagy tér- és időbeli felbontással.

Végül, az emberekben jelenleg használt, kényelmetlen neurális implantátumok felválthatók lesznek miniatűr LED-eket (fénykibocsátó diódákat) tartalmazó, drót nélküli implantátumokkal. A primátákon végzett preklinikai kísérletek tanúsága szerint ez a módszer biztonságos, és nem lép fel kilökődési immunreakció.

Természetesen vannak azért technikai problémák. Ezek egyike, hogy a fény nem hatol messzire a szövetekben, részben azért, mivel a leggyakrabban használt kék és zöld fényt a vér erősen elnyeli. Michael Lin, a San Diegó-i University of California kutatója azonban elmondta, hogy ez a probléma megkerülhető azzal, ha a rodopszint úgy alakítják át, hogy a vörös fényre legyen érzékeny, és ez már ma is megvalósítható.