Az optogenetika az elmúlt időszakban lehetővé tette, hogy az agykutatás szédítő sebességi fokozatba kapcsoljon. És hogy mit jelent ez a különös szó? A Nemzeti Agykutatási Program honlapja így fogalmaz:

„Ha korábban az egyes agyterületek szerepét vizsgálták különféle tevékenységekben – például evésben, alvásban, tanulásban –, akkor ezt úgy érték el, hogy vagy kiirtottak (inaktiváltak) bizonyos agyterületeket, vagy elektromos ingerléssel aktiválták őket. Azonban minden agyterületen sokféle idegsejt van, és az adott agyterület a sejtek mellett ide érkező és itt átfutó idegrostokat is tartalmaz. Egy agyterület működése ezen alkotóelemek kölcsönhatása révén valósul meg. E működést akkor értjük meg valójában, ha az egyes elemeket külön tudjuk vizsgálni. Erre azonban eddig nem volt mód.

Az utóbbi években azonban e téren is szédületes fejlődés következett be. Gyakorlatilag tetszés szerint lehet ki-be kapcsolgatni agyterületeket és idegsejttípusokat, azaz térben is, időben is kontrollálni lehet a működésüket. Így pontosan meg lehet mondani, mi az egyes agyterületek és sejttípusok szerepe egy-egy életfolyamatban.

A „kapcsolgatás” fénnyel történik. Felfedeztek ugyanis olyan – adott hullámhosszú fénnyel aktiválható – fehérjéket, amelyek egyben ioncsatornák is. Hasonló ioncsatornák kinyílása és bezáródása biztosítja az idegsejtek normális működését is. Amikor ezeket a fényérzékeny ioncsatornákat fény éri, akkor kinyílnak, és az idegsejtek vagy aktiválódnak (depolarizálódnak), vagy más fehérjék használata esetén inaktiválódnak (hiperpolarizálódnak).”

Az optogenetikának azonban a fent leírtak ellenére is akadnak igen komoly, de könnyen belátható korlátai – ezek közül az egyik legfontosabb, hogy a szükséges fény a hullámhossz látható spektrumában helyezkedik el, azonban sem az agy, sem pedig a koponya nem áttetsző. Magyarán eddig a kutatásokhoz sebészi beavatkozásokra és implantátumok behelyezésére volt szükség, ami akkor különösen nagy baj, ha például állatok (jellemzően egerek) társas viselkedésekor tanulmányoznánk az agyműködést, mert ezeket a vizsgálatokat ezek a nehézkes implantátumok igencsak befolyásolják. A Stanford kutatói épp ezért az optogenetika alapjaira építettek egy új módszert, amely a következő kérdéssel foglalható össze:

Mi lenne ha a látható, de akadályba ütköző fény helyett láthatatlan, de a különböző anyagokon átjutó infravörös fényt használnánk?

Az infravörös fény előnye tehát, hogy átjut több szöveten is, hátránya viszont, hogy nem érzékelik azok az algákból származó fehérjék, amelyekről fentebb a Nemzeti Agykutatási Program honlapja is írt. A megoldás tehát egy új receptorfehérje kiválasztása volt – ez pedig a hőre érzékeny TRPV1 lett. A TRPV1 egy olyan „molekuláris hőérzékelő”, amelynek felfedezése 2021-ben orvosi Nobelt ért, és ennek köszönhetően érzékeljük a hővel kapcsolatos fájdalmat, de a csípős ételek keltette ingereket is. Sőt, egy igen hasonló receptornak köszönhetik a csörgőkígyók a „hőlátásukat”.

Magyar kutató részvételével sikerült nagyon komoly áttörést elérni a vakság gyógyításában A vakságnak számos kiváltó oka lehet, amelyeknek egy része már ma is gyógyítható, de Dr. Roska Botond és csapata most egy olyan genetikai betegségre talált megoldást, amire eddig nem volt gyógyír.

Önmagában azonban a TRPV1 nem működött, ezért a kutatók kidolgoztak egy erősítőként működő molekulát, ez lett a MINDS – a MINDS kicsit úgy funkcionál, mint a bőrünkben lévő melanin, amely elnyeli a nap káros UV-sugarát, és olyan biológiailag lebomló polimerekből készítették, amelyeket szerves napelemek és LED-ek előállításához használnak általában. Így már sikerült mintegy leutánozni azt a komplex folyamatot, ahogy a csörgőkígyók hőlátása is működik.

Ezt követően miután mind a fehérjét, mind pedig a MINDS-ot befecskendezték egy egér agyi mozgásközpontjának az egyik oldalára, az addig összevissza szaladgáló állat az infravörös sugarak hatására elkezdett körbe-körbe járni, vagyis a fény aktiválta a mozgáscentrumának az egyik részét. Ennél is hátborzongatóbb azonban az az egér, amely szó szerint rászokott az infravörös fényre – a kísérleti állatnak ugyanis a jutalmazó központját injekciózták be (amely az agyalap környékén, tehát mélyen az agyban található), azonban az egér innentől minden idejét a fókuszált infravörös fény alatt töltötte, amely aktiválta a dopamint kibocsájtó neuronjait.

A fentiek elég rémesen hangzanak, de a lényeg, hogy sikerült továbbfejleszteni az optogenetikát, és immár beavatkozás, valamint agyba ültetett kábelek nélkül is lehet non-invazív módon irányítani a megfelelő agysejteket és agyi területeket, ami tehát akkor különösen fontos, ha a társas viselkedés agyi szabályozását szeretnénk tanulmányozni.

A kutatók a továbbiakban a technológia finomhangolásán dolgoznak, hogy ennek az alkalmazása minél könnyebb legyen.

(Kép: Pixabay/betexion)