Znajdź zawartość

Inżynierowie z MIT-u odkryli, że za pomocą żółtozielonego światła można wyłączyć neurony z ogniska padaczkowego. Najpierw w komórkach tych należy jednak umieścić pewne białko. Efekt takiego zabiegu jest natychmiastowy i odwracalny. Odkrycia zespołu Edwarda Boydena pozwalają nie tylko na leczenie zaburzeń neurologicznych, ale także rzucają nieco – nomen omen - światła na rolę spełnianą przez różne typy neuronów w prawidłowych obwodach neuronalnych. Dzięki temu da się stwierdzić, co konkretnie ulega zakłóceniu i na czym polega usterka. Mamy nadzieję umożliwić stworzenie szerokiej platformy molekularnych narzędzi do kontrolowania aktywności mózgu. Oznacza to nowe narzędzia terapeutyczne, ale również nowe sposoby badania funkcjonowania mózgu – przekonuje Boyden. Po raz pierwszy Amerykanin zademonstrował użycie światła do zmniejszenia aktywności mózgu w 2007 roku. Próby prowadzono jednak na komórkach, a nie na żywych organizmach i dodatkowo wyciszenie nie było zbyt precyzyjne. Obecnie naukowcy z MIT-u wykorzystali inne białko o nazwie Arch. Silniej hamuje ono neurony, oddziałuje na większą część tkanki i może być pobudzane wielokrotnie, ponieważ w ciągu milisekund od aktywacji światłem powraca do stanu pierwotnego. Z białkiem Arch wyciszanie mózgu jest niesamowicie precyzyjne i cyfrowe. To drugie było bardziej jak gałka do skręcania i pogłaśniania dźwięku. Amerykanie odwołali się do podejścia zwanego optogenetyką. Najpierw, a to działka inżynierów genetycznych, należało sprawić, by w neuronach żywych myszy dochodziło do ekspresji białka Arch, które działa jak pompa protonowa – przeprowadza protony przez błonę komórkową, by zmienić napięcie komórki. Pompy protonowe są światłoczułe, dlatego pod wpływem pobudzenia żółtozielonym światłem usuwają protony z komórki. Wskutek tego dochodzi do spadku napięcia wewnątrz neuronu i zatrzymania wyładowywania się, czyli przesyłania informacji. Wcześniej badacze posługiwali się inną światłoczułą pompą – integralnym białkiem błonowym halorodopsyną. Zmienia ona napięcie komórki, wprowadzając do wnętrza jony chlorkowe. Wyniki ich jednak nie zadowoliły, dlatego szukali lepszej pompy chlorkowej wśród licznych bakterii, roślin i grzybów. Szybko okazało się, że żadna pompa chlorkowa nie zapewniała żądanego stopnia kontroli, ale u archeowców Halorubrum sodomense z Morza Martwego odkryto idealną pompę protonową Arch. Nowa pompa regeneruje się w ciągu milisekund. Zanim halorodopsyna nadawała się do ponownego użycia, mijały minuty. To daje szanse na szybkie porównywanie pracy poszczególnych rodzajów neuronów w różnych warunkach, np. przy wykonywaniu różnorakich zadań. Na potrzeby eksperymentu naukowcy z MIT-u wszczepiali do mózgów myszy zewnętrznie sterowane źródła światła. Były one bezprzewodowe, co znacznie ułatwiło obsługę. By ocenić bezpieczeństwo i potencjał metody w zakresie leczenia padaczki, przewlekłego bólu i zespołu stresu pourazowego, grupa Boydena prowadzi przedkliniczne testy z udziałem nieczłowiekowatych naczelnych. Pracownicy MIT-u odkryli również inne pompy protonowe, którą aktywuje się za pomocą światła niebieskiego bądź czerwonego. W przyszłości zamierzają wypróbować nowe narzędzia na obwodach związanych z poznaniem i emocjami oraz określić, czy są one skuteczne i niegroźne dla małp.