Какво представлява Оптогенетиката?



Безспорно, днес медицина се развива с бурни темпове. Съвременните невролози се научили да правят това, което преди 20-30 години се е смятало за научна фантастика. Те успяли да намерят начин, как да манипулират дейността на невроните в мозъка и по този начин да повлияят на паметта. С помощта на определени дължини на вълната на светлината, учените показали, че могат да „включват“ и „изключват“ неврони, тоест те могат да контролират клетките, изграждащи най-мощния биологичен „компютър“.

Тази техника се нарича оптогенетика. Нека да разгледаме, как работи тази техника и да видим, как се използва тя за манипулиране на паметта.

Времената преди оптогенетиката

Нашият мозък е организиран в сложни мрежи от 80 милиарда неврони – клетки, които могат да съхраняват, предават, кодират, получават и обработват информация, както и да създават „приятелства“ с други клетки.

Какво представлява Оптогенетиката?

Дълго време учените търсели начин, който да им помогне да изключат отделните части от тази сложна невронна система една по една, за да ги изучат в детайли и след това да контролират процесите на тази система по тяхна преценка.

Но всеки път специалистите се сблъсквали с много трудности. Съгласете се, когато видите, че всяка невронна мрежа по свой начин определя определена елементарна функция и взаимодействието на тези мрежи в различни области на мозъка осигурява сложна нервна дейност, не е лесно да се подчини работата на такава система.

Дълго време функциите на мозъка се оценявали по това, коя от зоните му се активира при изпълнение на различните видове задачи или по нарушения, които се появяват, когато частите му са повредени.

Например, те се опитали да получат необходимите резултати по време на експерименти с животни, на които им имплантирали електроди в мозъка, за да възбудят изкуствено определени части от него, или им инжектирали специален химикал, който би могъл селективно да инхибира работата на определени неврони. Но нито един от тези методи не бил перфектен, защото всички те имали своите недостатъци. Имплантираните електроди възбуждали не само необходимите области, но и околните нервни клетки, а веществото работело много по-дълго от естествените стимули.

През 2005 г. обаче невролозите си въздъхнали с облекчение. Накрая, светът има напълно нов метод за изследване и активиране на невроните – оптогенетиката. То било предложено от учения от Станфордския университет Карл Дизерот.

Какво представлява Оптогенетиката?

Как действа оптогенетиката?

Какво е оптогенетиката? Учените дават следното определение – това е технология, която съчетава оптика и генетика за фин контрол на дейността на клетките на възбудимите тъкани (мускулни влакна, неврони) чрез въвеждане на опсинови протеини в техните мембрани, които реагират на светлината. За доставката на протеини се използва генното инженерство, за последващо активиране на клетките – лазери, оптични влакна и друго оптично оборудване.

За да стане невронът чувствителен към светлината, той трябва да има протеин на светлинен рецептор. Клетките на ретината са добър пример за чувствителните към светлина неврони. Те съдържат родопсиновия рецептор, който се състои от протеина опсин и кофактора на ретината, производно на витамин А.

Под въздействието на светлината ретината променя структурата си и тези промени се предават на протеина, който активира сигналните пътища на неврона, които причиняват неговото възбуждане. В покой невронът има отрицателен заряд. Вътре в клетката концентрацията на натрий и други положителни йони е ниска. При възбуждане йонните канали във външната мембрана на неврона се включват, изпомпвайки положителния натрий навътре. Зарядът вътре в клетката става положителен. В това състояние невронът е възбуден и готов да предаде сигнал на останалите неврони в мрежата.

Първите експерименти за създаване на контролирани от светлината неврони започват през 2000 г. и се състоят от прехвърляне на опсини на бозайници в тези неврони (учените смятат, че генът на опсина води до синтеза на светлочувствителен протеин). Но тук научният свят се провалил. Под въздействието на светлината изкуствените неврони с родопсин се активирали нестабилно и много бавно. Решението на този проблем било намерено доста бързо. Било достатъчно учените да насочат погледа си към природата.

Известно е, че например едноклетъчните водорасли притежават чувствителни към светлина рецептори. Тяхната “визия” също се основава на работата на родопсина. Забележителното свойство на тези протеини е, че те не само възприемат светлината, но самите те действат като йонни канали и предизвикват възбуждане на клетката. Следователно те се наричат ​​канални родопсини. Оказва се, че тези протеини работят много по-стабилно от родопсините на бозайници. Невроните, носещи ги на повърхността си, дават бърз и ясен отговор на светлинното лъчение.

На учените от Станфордския университет са били необходими само три години, за да имплантират успешно тези канални родопсини в невроните и да започнат да контролират тяхната активност.- Така през 2005 г. била открита най-ранната форма на оптогенетика, която била достъпна за научния свят.

Какво представлява Оптогенетиката?

Генното инженерство

Доставянето на гена на родопсина до невроните в мозъка не е лесно. Това може да стане или чрез вмъкването му в генома на ембрионалния етап, или чрез използването на вирус.

Ако използвате първия метод, генът ще се съдържа във всички клетки, но може да работи само в тези, в които ще бъде активиран.

С втория метод резултатът се постига много по-бързо. Вируса, съдържащ родопсиновия ген, се инжектира в мозъка на пациента. Вирусът навлиза в невроните и настъпва „натрупването“ на светлочувствителните протеини. Вирусите, които учените използват за подобни цели, са силно модифицирани и програмирани да не се размножават. Те ефективно проникват в клетките и произвеждат в тях родопсин. Тези вируси са безвредни за организма.

Друго предизвикателство е доставянето на светлина към невроните в мозъка. В повечето случаи родопсинът се активира от червената светлина, така че проблемът с осветяването на мозъка за учените бил решен от само себе си. Червената светлина прониква добре в тъканите и при редица задачи при използването ѝ е възможно да се отдалечи от въвеждането на фибри в мозъка. Източникът на такава светлина са светодиодите или лазерите.

Какво представлява Оптогенетиката?

Работа с памет

С помощта на оптогенетиката специалистите са се научили да включват / изключват невроните, така че учените да имат възможност да работят с области на мозъка, отговорни за краткосрочната и дългосрочната памет.

Комбинацията от неактивни и активни неврони в мозъка е памет – възпроизвеждаща специфична комбинация от неврони, тоест такава, възникнала в точно определено време в миналото. През 2012 г. група невролози от Масачузетския технологичен институт успяли изкуствено да предизвикат страх у мишки, като създадоли фалшиви спомени в мозъка им, като изложили частта от паметта, която е отговорна за местоположението със светлина.

Фокусът бил върху отговора на страха от електрически ток в стаята, където някога животните са преживели шок.

Експериментът протекъл по следния начин. Учените поставили всички мишки в стая А, където се чувствали спокойни. Всеки път, когато гризачите били транспортирани в стая Б, те били шокирани с лек токов удар. Всеки път, когато били премествани в стая Б, мишките изпитвали страх дори при липсата на токов удар, тъй като паметта им за това място бил свързана с болка. Експертите успяли да направят чувствителни към светлината онези неврони в мозъка на мишките, които се активирали, докато гризачите били в стая А. Тогава експериментаторите извиквали тази памет с помощта на светлина по време на токов удар в стая Б. В резултат на това мишките започнали да се страхуват от пускането на ток в стаята, където те никога не са били.

Друг пример, този път учените успяли да получат обратния ефект – не да създадат памет, а да върнат паметта.

През 2016 г. д-р Кристин Дени и нейният екип от Колумбийския университет успяли да възстановят изгубената памет при мишки, които са генетично програмирани за болестта на Алцхаймер. С помощта на светлината невролозите стимулирали невроните на паметта на енграмите, унищожени от болестта при животните. Няколко сесии на стимулация позволили на невроните да се възстановят и загубените спомени се върнали на мишките.

Що се отнася до провеждането на експерименти върху паметта на хората, все още няма такива експерименти. Това се дължи, както на етичните причини, така и на определени трудности. Технологията включва използването на вируси, което означава, че са необходими допълнителни изследвания, за да се докаже пълната им безвредност за хората.

Какво представлява Оптогенетиката?

Обобщение

Въпреки че припомнянето и „изтриването“ на спомени може да изглежда много опасно, този метод има огромен терапевтичен потенциал за широк спектър от невропсихиатрични заболявания. Може би ще доживеем момента, в който лекарите ще върнат паметта на своите пациенти за броени минути, както и ще предотвратят нейната загуба при възрастните хора. Това определено е плюса на този метод.

Недостатъкът е, че в бъдеще може да има устройства като невролизатори, които ще бъдат използвани от героите на филма „Мъжете в черно“, за „премахване на паметта от дълбините на съзнанието“. В чии ръце може да попадне такава технология и как ще бъде приложена по отношение на обикновеният човек, може само да се гадае.

Благодарим Ви, че прочетохте тази статия. Просвещението няма за цел да промени вашата гледна точка. Дали ще повярвате на тази статия или не, това е ваш избор! Не забравяйте да ни последвате в социалните мрежи!

Просвещението ©

Внимание! Всяко пълно или частично копиране на материали на Просвещението без писмено разрешение и директен линк към оригиналната публикация на Просвещението, включително от други електронни ресурси, ще се смята за грубо нарушение на Закона за защита на интелектуалната собственост на Република България. Просвещението си запазва правото да реагира на подобни нарушения включително по съдебен ред.

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Next Post

Революцията на машините

Ще има ли революция на машините? Това е въпрос, който винаги е съществувал в колективното несъзнавано човечество и дори в индивидуалното подсъзнание на всеки от нас. Това, което е съществувало и съществува като важен елемент от първичната магия и което все още не е успяло да покрие напълно противоречивата благодат […]
Революцията на машините
error: Съдържанието е защитено!!!