Istraživači sa Medicinske škole Duke-NUS otkrili su da je nova klasa proteina osetljivih na svetlost sposobna da isključuje moždane ćelije pomoću svetlosti, nudeći naučnicima neviđeno efikasan alat za istraživanje funkcije mozga. Studija, objavljena u Nature Communications, otvara uzbudljive nove mogućnosti za primenu optogenetike za istraživanje moždane aktivnosti koja leži u osnovi neurodegenerativnih i psihijatrijskih poremećaja kao što su Parkinsonova bolest i depresija.
Optogenetika je tehnika u kojoj su određene ćelije bioinženjeringom tako da uključuju proteine osetljive na svetlost koji deluju kao prekidači, omogućavajući istraživačima da precizno kontrolišu električnu aktivnost ovih ćelija. Neuroni i nervne ćelije sa optogenetskim prekidačima mogu se koristiti za proučavanje kako različite ćelije učestvuju u različitim moždanim krugovima i ponašanjima.
Tim je pokazao da specifični kalijumski kanali, poznati kao kalijumski kanalrodopsini, mogu poslužiti kao efikasni instrumenti za regulisanje aktivnosti moždanih ćelija kod tri kritične eksperimentalne životinje: riba, crva i muva.
Dr Stanislav Ott, viši naučni saradnik Duke-NUS-ovog Programa za neuronauku i poremećaje ponašanja i prvi autor studije, rekao je: „Ovi kalijumovi kanali deluju kao male kapije na ćelijskim membranama. Kada su izložene svetlosti, ove kapije se otvaraju i puštaju kalijum joni prolaze kroz njih, pomažući da se utiša aktivnost u moždanim ćelijama. Ovo nam nudi nove uvide u to kako se regulišu aktivnosti mozga.
Kalijumovi joni su neophodni za normalnu električnu funkciju u svim ljudskim ćelijama. Kalijumski kanali su specijalizovani proteini prisutni u ćelijskim membranama koji omogućavaju protok kalijumovih jona. Oni regulišu protok kalijumovih jona kroz ćelijsku membranu da bi održali različite ćelijske procese i kritični su za prenos nervnih impulsa, kontrakciju mišića i održavanje ravnoteže ćelijske tečnosti.
Vanredni profesor Adam Claridge-Chang iz Duke-NUS-ovog programa za neuronauku i poremećaje u ponašanju i stariji autor ove studije, rekao je: „Ranije smo razvili druge prekidače za daljinsko upravljanje, ali smo otkrili da su ovi kalijumovi kanali još više svestran, pružajući veoma koristan način za proučavanje kako mozak funkcioniše.“
Kada ih pokrene svetlost, novi rodopsini kalijuma omogućavaju jonima kalijuma da napuste neuron, menjajući električni gradijent preko membrane. Ova promena, poznata kao hiperpolarizacija, otežava neuronu da generiše električni signal poznat kao akcioni potencijal. Bez akcionih potencijala, komunikacija neurona sa drugim ćelijama je u velikoj meri potisnuta ili čak utišana.
Sposobnost utišavanja moždanih ćelija pomoću kalijumovih kanala izazvanih svetlošću otvara uzbudljive puteve za proučavanje zamršenih interakcija između različitih regiona mozga. Takođe nudi obećavajući pristup za istraživanje patoloških mehanizama koji leže u osnovi neurodegenerativnih, neurorazvojnih i psihijatrijskih poremećaja. Ovi alati će pomoći naučnicima da steknu dublje razumevanje mozga i izgrade puteve ka efikasnijim tretmanima za poremećaje mozga.
Profesor Patrik Tan, viši prodekan za istraživanje u Duke-NUS-u, rekao je: „Otključavanje misterija mozga ostaje jedan od najvećih izazova nauke. Istraživanje poput ovog Adama Claridge-Changa i tima oprema naučnicima boljim alatima za proučavanje zamršenih komunikacija koja se odvija u ljudskom mozgu i od suštinskog je značaja za unapređenje našeg razumevanja i zdravog mozga i neuroloških poremećaja, razumevanja koje će nam omogućiti da razvijemo efikasne nove tretmane za ova stanja.“
Ova studija je deo stalnih napora Duke-NUS-a da unapredi razumevanje neuroloških i psihijatrijskih stanja.
