Šviesa mansardoje: kaip „Optogenetics“ gali įsilaužti į žmogų smegenis

Biologija yra labai panaši į „Legos“, nes metaforiškai kalbant, viskas yra labai panaši į „Legos“. Tiesa ta, kad mūsų kūnai, mūsų tariamai vieningi visuma, iš tikrųjų susideda iš daugybės mažų dalių ir kad maišymo ir derinimo funkcijos yra mėsingos, kruvinos, o ne tokios sudėtingos. Pvz., Ir, norint gauti šį loginį traukinį, galite gaminti snapelius į neuronus, galinčius generuoti ir reaguoti į šviesą, taip sukuriant naują neurotransmiterio sistemą, kuri netrukdo esamoms sistemoms, smegenims ant smegenų.

Tai yra naujosios optogenetikos srities idėja širdyje (ar galvos ar bet kokio). Kaip ir daugelis kitų biologijos priemonių, optogenetika remiasi kito organizmo, kuris buvo „pasiskolintas“, biologija. Šiuo atveju tai baltymas, vadinamas kanrodopsiinu-2 (ChR-2), ir jis kilo iš žaliųjų dumblių, vadinamų Chlamydomonas reinhardtii. Pasirodo, yra daug šviesos jautrių jonų kanalų, kaip šis. Idėja yra sukurti naujas biologines sistemas, pagrįstas plytų pagal „ChR-2“ plytų.

Nuo Karl Deisseroth sukūrė žinduolių neuronus, kurie buvo auginami laboratorijoje, kad išreikštų ChR-2 2005 m., Daugelis tyrinėtojų suaktyvino optogenetiką, naudodami jį išsiaiškinti, kurie neuronai daro ką. Pavyzdžiui, vieno tipo neuronų, vadinamų neokortikiniais parvalbuminu, neuronai - moduliuoja 40 ciklų per sekundę ritmus smegenyse („gama svyravimai“). Jau kurį laiką buvo žinoma, kad tiek šizofrenijos, tiek autizmo pacientų gama svyravimai yra nenormalūs, todėl šiuo metu vyksta naujos tiriamosios ir galimai koreguojamos strategijos. Tai ypač intriguojanti strategija. Net jei žmogaus pagrindinė genetika šiuose ląstelėse sukelia nenormalų rezultatą, jei mokslininkai paprasčiausiai gali nepaisyti šio rezultato, tuomet šie genetika nesvarbu.

Neseniai mokslininkai taip pat pradėjo eksperimentuoti su idėja sukurti optogenetinius tinklus, naudojant bioluminescencines ląsteles. Ypatingas dėmesys skiriamas 1944 m. Osamu Shimomura nustatytam bioluminescencijos tipui, kuris yra iš medūzų Aequorea victoria ir reaguoja į šviesą (Shimomura gavo Nobelio tyrimą). Šviesą kuriančios ląstelės ir šviesos jautrios ląstelės yra - pakartoti metaforą - kaip ir „Lego“ dvigubos pusės.

Skatindami šių dviejų ląstelių tipų sąveiką, mokslininkai galėtų pasiekti precedento neturintį neuronų tikslumą. Jie taip pat galės gauti optogenetines ląsteles, kad reaguotų į šviesą, neliesdami žibintuvėlio į pelės galvutę, kuri yra kieta - ypač pelėms.

Bet ką apie paraiškas? Viena iš galimybių yra padaryti ląsteles, kurios reaguoja į šviesą, ją generuoti. Taigi, kai jie pradeda biologinę funkciją - sako, kad jie gamina leptiną arba ghreliną, todėl reguliuoja jūsų apetitą - jie taip pat užsidegs ir suaktyvins sistemą. Tai darydami, mokslininkai galbūt galėjo sugrąžinti gaminamo ghrelino kiekį, kad žmonės mažiau badautų mažiau. Arba jie gali patobulinti insulino kiekį, kuris išsiskiria cukraus kiekiu kraujyje. Arba jie gali užtvindyti zoną su adrenalinu, kai subjektai pavargsta.

Arba galima nulaužti esamas sistemas. Pavyzdžiui, optogenetiškai inžinierius amygdalos slopinančius neuronus reaguoti į šviesą, ir aktyvuojant neuronus amygdaloje, kad būtų gaminami šviesūs mokslininkai, būtų galima perteikti žmonių inhibitorių neuronus, kad jie užvaldytų streso ar nerimo jausmą. Nėra daugiau nerimo. (Tai gali lemti bedarbystės šuolį, nes žmonės išbėga, siekdami džiaugsmo.)

Mes vis dar galėtume pasisemti: Galbūt mes galėtume sukurti sistemą, kurioje kiekvienas tinklo neuronas išreikštų savo spalvą, o optogenetinės ląstelės reikalauja, kad kiekvienas kanalas būtų aktyvuotas, kad jų poveikis būtų realizuotas. Taigi, vietoj vieno neurono šaudymo, turi būti suaktyvinta visa atmintis, kad sistema veiktų. Galbūt tam tikrų prisiminimų blogas poveikis gali būti susilpnintas. Arba visa tai galėtų būti padaryta siekiant reaguoti į vaistą, kad vartotojas galėtų jį įjungti arba išjungti.

Bet kokiu atveju vis dar yra didelių mokslo ir reguliavimo kliūčių, kol šis sci-fi persiuntimas pradės rimtai. FDA turi dar nepatvirtinti jokių genų terapijos procedūrų, o Europoje buvo patvirtinta tik viena procedūra. Ši medžiaga yra labai toli.

Bet tai ateina.

Be to, tyrinėtojai neprarado, kad optogenetinės ląstelės taip pat galėtų dirbti su aparatūra - kad galime ne tik įsilaužti savo sistemas naudodami šias naujas technologijas, bet ir prijungti save prie didesnės sistemos. Biologija yra panaši į Legosą, bet ji yra mažiau panaši į Legos, nei ji galėtų būti. Tikėtis, kad tai pasikeis.