Внимание: Тази страница е превод на тази страница първоначално на английски. Моля, обърнете внимание, тъй като преводите се генерират от машини, не че всички преводи ще бъдат перфектни. Този уебсайт и неговите страници са предназначени за четене на английски език. Всички преводи на този уебсайт и неговите уеб страници могат да бъдат неточни и неточни изцяло или частично. Този превод е предоставен за удобство.
Продуцирано от Джеймс Айвс, MPsych
Оптогенетиката е наука за използването на светлина за контрол на поведението на клетките. Това е една от най-бързо развиващите се области на приложните изследвания. Оптогенетичните техники дават възможност за контрол на електрически възбудими клетки като мускулни или нервни клетки.
За да направи неврон чувствителен към светлина, той е оборудван със специални фоточувствителни протеини, наречени родопсини. Те са подобни на тези, участващи в нашето виждане.
В зависимост от детайла родопсин, използван за модифициране на неврон, той ще предава или заслепява нервния импулс при осветяване. Това позволява да се контролират отделни органи, части от тялото или дори поведението на цял организъм.
Кредит: Андрий Водолажски/Shutterstock.com
Например, светлината може да се използва за заслепяване на сигнали за болка. Голям брой хронични болки от световния опит на хората. Всички съвременни средства за защита са болкоуспокояващи, които често карат пациентите да развият лекарствена зависимост или странични ефекти.
Идеята за светлочувствителни протеини естествено предполага възможност за възстановяване на зрението при слепи хора. В някои случаи на увреждане на клетките на ретината това наистина е опция. Загубеното зрение може да бъде възстановено до известна степен чрез индуциране на фоточувствителност в така наречените ганглийни клетки на ретината, които обикновено получават визуална информация от други специализирани клетки, вместо директно да абсорбират светлината.
Основният напредък в съвременната медицина ни позволява да удължим живота на човека много, като приемаме хапчета и получаваме всякакви видове лечение. Но ако пациентът има мозъчно заболяване, свързано със стареенето, като болестта на Алцхаймер или болестта на Паркинсон, качеството на живота му непременно ще се влоши.
Учените изследват начини за лечение на тези заболявания или поне за облекчаване на симптомите. Оптогенетиката също има мнение в това отношение: Тя може да предложи опции за преобладаващата в момента процедура за лечение, наречена дълбока мозъчна стимулация.
Последното включва използването на имплантирани електроди за електрическо стимулиране на специфични области на мозъка. Тази техника разчита на много точното разположение на електродите, които възбуждат голям брой околни неврони, независимо от техния тип.
Оптогенетичните техники, напротив, предлагат начини за селективно възбуждане на неврони от определен тип. В допълнение към това, най-новата лазерна технология позволява високо прецизно позициониране на лъча, което означава, че вече не е необходимо да се имплантират метални електроди в мозъка.
Дори сърцето може да получи оптогенетично подобрение, за да коригира нарушенията на сърдечния ритъм. Чрез въвеждане на правилни родопсини в синусовия възел, известен също като естествените пейсмейкъри на сърцето, скоростта на контракциите може да се регулира със светлинни импулси, използвайки естествения механизъм на тялото.
Ако обаче родопсините се имплантират в кардиомиоцитите - клетките, изграждащи сърдечния мускул - сърдечната честота може да се контролира директно. Това е принципът зад оптогенетичните пейсмейкъри, които в момента се разработват.
Оптогенетиката може да помогне за възстановяване на двигателната функция при пациенти с парализа. Това би включвало използването на светлина за активиране на модифицирани двигателни неврони, което от своя страна би предизвикало мускулни контракции.
Друг възможен вариант би бил да се модифицират самите мускулни клетки и след това да се използва светлина директно върху тях, за да се получат контракции. В тази настройка бихме могли да вземем сигналите в мозъка, които са свързани, например, с огъване на оръжие и да реагираме чрез осветяване на участващите мускули, карайки оръжието да се огъне.
Експерименти от този вид сега се провеждат само върху моделни организми като мишки и риби. Това се дължи на факта, че вирусите трябва да се използват за доставяне на родопсини - протеините, които са в основата на метода - в клетките.
Вирусът носи гена, който кодира определен протеин в клетката, който след това започва да произвежда протеина. Тази процедура, обозначена като генна терапия, е строго регламентирана или забранена колективно в много страни.
Надяваме се, че експериментите, които са в ход сега, ще облекчат тревожността, която пациентите изпитват при перспективата за внедряване на чужди гени в тялото им. Технологията е много сигурна и сега е въпрос на осигуряване на разрешение за широкото използване на тези методи за освобождаване на протеини.
„Няма съмнение, че оптогенетиката в крайна сметка може да се използва за възстановяване на отпаднали органи в човешкото тяло. И генната терапия ще ни позволи да направим това напълно неинвазивно “, казва Виталий Шевченко от лабораторията за напреднали изследвания на мембранните протеини MIPT. „При желание би било възможно дори да подобрим„ телата си, като заменим някои от техните части с по-ефективни компоненти! “
За Виталий Шевченко
Виталий Шевченко е изследовател в Лабораторията за напреднали изследвания на мембранните протеини, MIPT. Следващата година и гостуващ изследовател във Forschungszentrum Jülich.