Neurologové ze známého Massachusetts Institute of Technology ve spolupráci s matematiky, bioinformatiky, statistiky a nanotechnology již několik let vyvíjejí zajímavou metodu, která jim umožňuje rychle a jen na stanovenou dobu vypnout činnost konkrétních mozkových center. Ne pomocí chemikálií, nýbrž fyzikálně - působením světla s vhodnou vlnovou délkou. Osvětlení konkrétní skupiny neuronů by tak v budoucnu mohlo přispět k léčbě různých neurologických poruch, poranění mozku a Parkinsonovy nemoci, nebo pomoci při potlačení chronické bolesti a projevů epilepsie.
Jde o stavy, kdy je nutné utlumit a ne stimulovat činnost excitovaných mozkových center. Co ale umožňuje externí kontrolu nad aktivitou neuronů? Geny. Ne naše vlastní, ale geny z jiných, mnohem jednodušších organismů, v tomto případě extrémofilní halobaktérie (žijící v přesolených vodách) Halorubrum sodomense a plísně Leptosphaeria maculans, která se v češtině nazývá drobnička skvrnitá a způsobuje houbovou nemoc brukvovitých rostlin. Vědci z obou mikroorganismů izolovali geny pro produkci proteinů, jež byly podle svého pracovního zařazení pojmenované „světlem aktivovatelné protonové pumpy“. Tyto proteiny jsou součástí buněčných membrán a když na ně dopadne foton s vhodnou energií – tedy světlo vhodné vlnové délky – část proteinu (chromofor) změní dočasně svoji strukturu a proteinovým kanálem protáhne proton zevnitř buňky povrchovou membránou ven.
Z extrémofilní bakterie Halorubrum vědci využili gen archaerhodopsin-3 (Arch). Jeho žlutým světlem aktivovaný protein dokázal při laboratorních zkouškách na živých myškách zcela utlumit jejich aktivní centra v mozkové kůře. Protein produkovaný genem Mac z drobničky skvrnité plnil podobnou funkci, ale reagoval na modré světlo.
A právě tyto proteiny působí v excitovaných neuronech tak, že snižují elektrochemický potenciál a tím utlumují jejich aktivitu. Stačí si jen na ně posvítit správným světlem. Žádný z dosavadních léků, nebo nechemických způsobů terapie není sto tak pružně, účinně a cíleně hyperaktivní nervové obvody vypnout.
Geny Arch a Mac vědci vložili do virů, které pak vpašovaly svůj náklad do myších neuronů. Takto geneticky pozměněné neuronové buňky kromě dosavadních funkcí začaly produkovat proteiny, jež, když je fotony s vhodnou energií aktivovaly, působily jako vyhazovači protonů, které převáděly je přes buněčné stěny. Tím se snížil elektrochemický potenciál a utlumila činnost neuronů. Na laser vědci připojili optická vlákna, která zavedli do mozků pokusných myší, aby aktivitu geneticky pozměněných neuronů regulovali pomocí světla s konkrétní vlnovou délkou. Protein Arch reaguje na žluté, Mac na modré světlo. Elektrodami pak vědci měřili změny v mozkové aktivitě. Vpravo myší neuron s vpašovaným Arch genem.
Tento vícebarevný ovladač mozkové aktivity nabízí zcela nové možnosti pro komplexnější studium mozku, příčin jeho poruch a terapii. Umožňuje zkoumat v reálném čase dvě neuronové dráhy současně, pochopit jejich vzájemnou spolupráci v různých mozkových funkcích a ovládat jejich činnost.
Jestli proteiny Arch a Mac budou někdy v budoucnu utlumovat hyperaktivní neurony v mozcích neurologických pacientů, na to zatím neexistuje odpověď. Poskytnou ji až několikaleté testy na zvířatech nám evolučně bližších – na opicích. Šéf výzkumného týmu Ed Boyden plánuje využít své světlem ovládané proteinové „tlumiče“ i při výzkumu neuronových obvodů zapojených do poznávacích funkcí a do managementu emocí. Jeho tým se snaží najít v přírodě další nové, ještě účinnější „ovladače“, které by bezpečně, jen pomocí světla umožnily regulovat aktivitu cílových oblastí mozku.
Zdroj: National science foundation, Wikipedia
Maniodepresivní kmenové buňky
Autor: Jan Zikmund (27.03.2014)
Elektrická autostimulace mozku
Autor: Dagmar Gregorová (09.02.2011)
Nové buňky omlazují mozek
Autor: Jaroslav Petr (04.06.2007)
Diskuze:
