Optogenetikos Nobelio premija šiemet skirta Karlui Deisserothui, Peteriui Hegemannui ir Georgui Nageliui. Jų darbai leido sukurti metodą, kuriuo šviesa galima itin tiksliai aktyvinti arba slopinti pasirinktas nervų ląsteles gyvose smegenyse.
Šis pasiekimas pakeitė neuromokslų tyrimus ir suteikė galimybę geriau suprasti, kaip formuojasi prisiminimai, emocijos, baimės reakcijos bei įvairūs elgesio modeliai.
Metodo ištakos siekia vienaląsčius dumblius
Optogenetika sujungia genetiką ir optiką. Naudodami genetinius metodus, mokslininkai į pasirinktus neuronus gali įterpti šviesai jautrų baltymą koduojantį geną. Tuomet šių ląstelių aktyvumą galima valdyti šviesos impulsais.
Metodas pradėtas kurti ištyrus vienaląsčiuose dumbliuose esančius baltymus. Tam tikro bangos ilgio šviesa pakeičia šio baltymo struktūrą ir atveria ląstelės membranoje esantį jonų kanalą. Dėl to pasikeičia elektrinis ląstelės aktyvumas.
Peteris Hegemannas ir Georgas Nagelis ištyrė šių šviesai jautrių baltymų savybes, o Karlas Deisserothas pritaikė juos nervinių ląstelių veiklai kontroliuoti. Taip atsirado galimybė smegenyse veikiančius neuronus, vaizdžiai tariant, įjungti arba išjungti.
Mokslininkai gali nustatyti priežastinius ryšius
Iki optogenetikos dažniausiai buvo galima tik stebėti, kurios smegenų ląstelės suaktyvėja atliekant tam tikrą veiksmą. Tačiau vien tai, kad neuronai suaktyvėja konkrečiu metu, dar neįrodo, jog būtent jie sukelia tam tikrą elgesį.
Pasak Kauno technologijos universiteto Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto neuromokslininkės Karolinos Armonaitės, optogenetika leido pereiti nuo pasyvaus stebėjimo prie kontroliuojamo eksperimento. Tyrėjai gali aktyvinti pasirinktą neuronų grupę, ją slopinti ir stebėti, kaip pasikeičia gyvūno elgesys, atmintis ar kitų smegenų sričių veikla.
Šviesa neuronus leidžia valdyti milisekundžių tikslumu, todėl galima tirti ne tik tai, kurios ląstelės dalyvauja tam tikrame procese, bet ir kada bei kokia seka jos turi suaktyvėti.
Padėjo tirti baimę, atmintį ir ligų mechanizmus
Optogenetikos Nobelio premija susijusi su atradimais, kurie leido tiksliau nagrinėti neuronų grandines, atsakingas už prisiminimus, judesius, miegą, alkį, motyvaciją ir baimę.
Viename iš eksperimentų su pelėmis mokslininkai pažymėjo hipokampo neuronus, kurie buvo aktyvūs gyvūnui patyrus nemalonų elektros impulsą. Vėliau, pelę perkėlus į saugią aplinką, tos pačios ląstelės buvo aktyvintos šviesa. Nors jokio elektros impulso nebebuvo, pelė sustingo, taip parodydama baimės reakciją.
Tokie tyrimai padėjo nustatyti, kad tam tikrų neuronų aktyvumo gali pakakti konkrečiam prisiminimui ar elgesiui sukelti. Gyvūnų modeliuose šis metodas taip pat naudotas tiriant Parkinsono ligai būdingus judėjimo sutrikimus, epilepsijos priepuolius ir su depresija susijusį elgesį.
Gydymui žmonėms metodas dar netaikomas
Nors optogenetikos galimybės plačios, kol kas tai pirmiausia yra laboratorinių tyrimų priemonė. Žmonių smegenų ligoms gydyti metodas dar netaikomas, nes reikėtų saugiai įterpti šviesai jautrius baltymus koduojančius genus į tiksliai pasirinktas nervų ląsteles.
Be to, šviesa sunkiai prasiskverbia į gilesnius smegenų audinius, todėl norint pasiekti tam tikras struktūras tektų implantuoti optines skaidulas. Dėl smegenų sudėtingumo taip pat būtina įvertinti, ar vienos neuronų grandinės veikimo pakeitimas nesutrikdytų kitų funkcijų.
Pažangiausi klinikiniai tyrimai šiuo metu vykdomi tinklainės ligų srityje, nes akies nervines ląsteles šviesa pasiekia lengviau. Sukauptos žinios taip pat gali būti pritaikytos kuriant tikslesnius vaistus ir tobulinant giliąją smegenų stimuliaciją bei kitus neuromoduliacijos metodus.
Šaltinis: elta.lt
