Az optogenetika egy új, különleges módszer, amely sokak szerint forradalmasítja a biológiai kutatásokat, legfőképpen az idegrendszer kutatását. A szakemberek áttörést remélnek a módszertől számos, eddig nehezen vagy egyáltalán nem kezelhető betegség gyógyításában is.
Előző alkalommal röviden vázoltam a robotok szerepét az idegsebészetben. A robotok jelenléte egy korszerű sebészeti műtőben ma már egyáltalán nem a sci-fi kategóriájába tartozik. Lényegesen gyorsabban, precízebben, hatékonyabban lehet a segítségükkel elvégezni sok beavatkozást.
Elektródák alkalmazása
Komoly előnyt jelent a robotkar alkalmazása az elektródák idegsebészeti beültetésénél is, amelyek elektromos impulzusok leadása révén megváltoztatják az idegsejtek körüli töltésviszonyokat, erre reagálva azok aktiválódhatnak, kisülnek. Az idegtudományban az elektromos impulzusokkal való sejtmanipulációt tulajdonképpen a legelső funkcionális kísérletek óta alkalmazzák. Ennek ellenére minden részletét, magyarázatát nem ismerjük annak, hogy a klinikai felhasználásokban egyes agyi régiók elektromos stimulálása miért is hatásos.
Megfigyelték például, hogy egyes, epilepszia miatt beültetett elektródákkal végzett stimuláció a műtét utáni második évre a rohamok gyakoriságát a korábbinak a felére csökkenti. Hat év elteltével pedig már mintegy 70%-os javulást tapasztaltak.
A javulás okát nem értjük minden részletében, pedig fontos lenne ahhoz, hogy olyan beavatkozást lehessen tervezni, amely már az elején nagyon hatásos, illetve meg lehessen határozni, melyik betegnél, melyik esetben várhatunk jó eredményt, vagy éppen hatástalanságot egy adott kezeléstől.
Még nehezebb megértenünk, pontosan mi történik azokban az agyi magokban, amelyeket a Parkinson-kórban szenvedőknél stimulálnak beültetett elektródákkal.
Egy-egy agyterületre számtalan másik helyről gátló és serkentő hatású idegrostok futnak be. Az elektromos ingerlés ezek mindegyikére hat, mindegyiket aktiválja. Mindebből következik, hogy az elektromos stimulálás következtében egyes sejtek gátlódnak, mások aktiválódnak, kevert hatás lehetséges. Feltételezhetjük, hogy a beavatkozás sikeressége függhet attól, hogy a beültetett elektróda mikrométeres felbontással inkább a beérkező gátló vagy serkentő pályákhoz került-e közelebb. Elképzelhető az is, hogy bizonyos esetekben egy beérkező agyi pálya gátlására lenne szükség a beavatkozás sikerességéhez. Elektromos ingerléssel viszont az egyértelmű, kizárólagos és direkt gátlást nem tudjuk biztosítani.
A megoldás: az optogenetika
A robotok sebészeti megjelenésével ellentétben az optogenetika sokkal inkább még a sci-fi területéhez tartozik. Először nézzük, mit is takar tulajdonképpen az optogenetika fogalma. Az „opto” előtag a fény alkalmazására utal, a „genetika” pedig jelzi, hogy valamilyen genetikai módosítás, beavatkozás történik.
A módszer alapötlete, hogy a szemünkben lévő receptorsejtek kivételével a többi sejtünk nem érzékeny a fényre.
Ha valamilyen módon elérjük, hogy egy adott sejttípus egy külsőleg bevitt fehérje hatására fényérzékennyé váljon, később azt a sejttípust a megfelelő hullámhosszúságú fénnyel befolyásolni lehet.
Az elektromos stimulációban lévő bizonytalanságok így kiküszöbölhetőek, és sokkal hatásosabb kezeléseket várhatunk a módszertől.
Az idegtudományi kutatásokban, állatkísérletekben maximálisan jelen van az optogenetika. Egysejtűekből származó fényérzékeny fehérjéket használnak az agyi kapcsolatok funkciójának megértéséhez. Ezek a fehérjék fény hatására aktiválják vagy gátolják a vizsgált sejttípust. Sokkal több lehetőség rejlik ebben a módszerben, mint a klasszikus elektromos ingerléses kísérletekben.
További kutatások szükségesek
A klinikai áttöréshez viszont még meg kell oldani néhány problémát. A hagyományos elektromos elektródák könnyedén helyettesíthetőek fényt leadó szálakkal vagy mikroLED-ekkel. Ez az egyszerűbb rész.
Hogyan vegyünk rá egy kiválasztott sejttípust, hogy fényérzékeny fehérjét termeljen? Erre jelenleg az egyik lehetőség, hogy egy vírus segítségével megfertőznék a sejtet a fehérje génjével.
Ez nagyon hasonló módszer ahhoz, amit a legújabb típusú koronavírus elleni védőoltásoknál láthattunk. Sok részletet még tisztázni kell, hogy sejtspecifikus beavatkozást érjünk el. Ha sikerül is rávenni a sejtjeink egy részét fényérzékeny fehérjék termelésére, mi akadályozza meg az e fehérjék elleni immunválaszt? A szemünk retinájában kevésbé aktív az immunrendszer, kevésbé kell félni az immunrendszer támadásától. Roska Botond orvos csapatának sikerült is áttörést elérnie retinitis pigmentosa miatt megvakult beteg látásának kezelésében. A betegség következtében a fényreceptorsejtek elhalnak. A retina bizonyos, megmaradt sejtjeibe egy egysejtűből származó fényérzékeny fehérje génjét vitték be. Speciális szemüveg segítségével a beteg visszanyerte elemi szintű látását, fényérzékelését. Hasonló eljárással próbálkoztak izmok esetében, akkor viszont az immunrendszer megtámadta az idegen fehérjét.
Az optogenetikai módszerek még komoly fejlesztésre szorulnak, mielőtt betörnek a gyógyításba. Nagy valószínűség szerint először a funkcionális idegsebészetet fogják forradalmasítani, az epilepszia, a mozgászavarok, a krónikus fájdalom kezelését.
A látás visszaállításában is az optogenetika hozhat áttörést, és hasonlóképpen, egyes hallásvesztéssel járó betegségekben is ez a módszer segíthet.
Megjelent a Magyar7 hetilap 2022/42. számában.
Forrás:ma7.sk
Tovább a cikkre »
