Vienaląsčiai dumbliai ir žmogaus smegenys, nors atrodo skirtingi, turi netikėtų sąsajų. Būtent tiriant šiuos paprastus organizmus, padarytas proveržis neuromokslų srityje, pelnęs Nobelio premiją, atvėrė naujas galimybes suprasti ir galimai gydyti smegenų veiklą bei sutrikimus.
Optogenetika vadinamas metodas radikaliai pakeitė smegenų tyrimus, leisdamas mokslininkams tiksliai kontroliuoti neuronų aktyvumą šviesa. Tai padeda atsakyti į klausimus apie atmintį, emocijas ir elgesio mechanizmus, o ateityje gali atverti kelią naujiems neurologinių bei psichikos sutrikimų gydymo būdams.
Smegenų tyrimų ribas peržengęs atradimas
Nors šiuolaikiniai metodai, kaip magnetinio rezonanso tomografija ar elektroencefalografija, leidžia stebėti didelių neuronų grupių aktyvumą, atskirų neuronų ar mažų jų grupių veiklos tyrimas žmogaus smegenyse yra sudėtingas. Dažnai naudojami gyvūnai, tačiau jų subjektyvių patirčių negalime tiesiogiai suprasti. Optogenetika, leidžianti šviesa labai tiksliai aktyvinti ar slopinti pasirinktas neuronų grupes, tapo esminiu proveržiu, nes leidžia stebėti, kaip tai veikia kitas smegenų sritis, tinklų dinamiką ir gyvūno elgesį, nustatant priežastinius ryšius.
Neuronus įjungti ir išjungti leidžianti šviesa
Optogenetikos metodas jungia genetiką ir optiką. Genetikos pagalba neuronai padaromi jautriais šviesai, o optika leidžia valdyti jų aktyvumą šviesos impulsais. Mokslininkai atrado, kad vienaląsčių dumblių ląstelėse esantys šviesai jautrūs baltymai, paveikti tam tikro ilgio šviesos, atidaro jonų kanalus, keisdami ląstelės elektrinį aktyvumą. Šių metų Nobelio premijos laureatai Peteris Hegemannas ir Georgas Nagelis ištyrė šių baltymų savybes, o Karlas Deisserothas pritaikė jas nervinių ląstelių aktyvumui valdyti. Įterpus šviesai jautrų baltymą koduojantį geną į gyvūno nervines ląsteles, nukreipus šviesą į smegenų sritį, galima labai greitai aktyvinti arba slopinti šias ląsteles.
Smegenų veiklą galima valdyti milisekundžių tikslumu
Optogenetika leido pereiti nuo pasyvaus stebėjimo prie kontroliuojamo eksperimento, leidžiančio nustatyti ne tik sąsajas, bet ir priežastinius ryšius tarp neuronų aktyvumo ir elgesio, atminties ar emocinių reakcijų. Šis metodas leidžia valdyti neuronus milisekundžių tikslumu, artimu natūraliems nerviniams impulsams, todėl galima tirti ne tik kurie neuronai dalyvauja procese, bet ir kada, kokia seka bei kokiu ritmu jie turi suaktyvėti.
Baimė, atmintis ir ligos – neuronų grandinėse
Optogenetika padėjo tiksliai nustatyti neuronų grandines, formuojančias prisiminimus, judesius, miegą, alkį, motyvaciją ar baimės reakcijas. Pavyzdžiui, tiriant su pelėmis, buvo įrodyta, kad konkrečių neuronų aktyvinimas, net ir nesant grėsmei, pakanka baimės prisiminimui sužadinti. Šie eksperimentai padeda suprasti smegenų veiklą ir atskleisti neurologinių bei psichikos sutrikimų mechanizmus. Optogenetika leidžia nustatyti konkrečias neuronų grandines, susijusias su ligų simptomais, pavyzdžiui, gyvūnų modeliuose pavyko sumažinti Parkinsono ligai būdingus judėjimo sutrikimus, epilepsijos priepuolius ar su depresija susijusį elgesį, parodant, kad šie sutrikimai susiję su pakitusia konkrečių neuronų tinklų veikla.
Ar ateityje smegenų ligas gydysime šviesa?
Šiuo metu optogenetika daugiausia naudojama kaip tyrimų priemonė laboratorijose su gyvūnais. Jos taikymas žmonių smegenų ligoms gydyti kol kas sudėtingas ir rizikingas dėl genų įterpimo tikslumo, šviesos prasiskverbimo į smegenų audinį ir didesnio žmogaus smegenų sudėtingumo. Vis dėlto pažangiausi klinikiniai tyrimai vyksta gydant tinklainės ligas, kur akies nervines ląsteles šviesa pasiekia lengviau. Optogenetikos žinios gali būti panaudotos kuriant tikslesnius vaistus ir tobulinant neuromoduliacijos metodus, o regėjimo atkūrimo srityje optogenetika jau tampa realybe.
