Stimularea optogenetică: Înțelegerea memoriei și tratarea deficitelor

Optogenetica (din limba greacă optos, care înseamnă „vizibilă”) folosește lumina pentru a controla neuronii care au fost sensibilizați genetic la lumină. Este o tehnică de neuromodulare utilizată în neuroștiințe care folosește o combinație de tehnici din optică și genetică pentru a controla și monitoriza activitățile neuronilor individuali în țesutul viu - chiar și în interiorul animalelor în mișcare liberă - și pentru a măsura cu precizie efectele acelor manipulări in timp real.

În prezent, 1-2 miliarde de oameni din întreaga lume suferă de: dependență, de accident vascular cerebral, durere cronică, tulburări de anxietate, epilepsie, Alzheimer, Parkinson, iar aceste tulburări ale creierului pot fi tratate prin neuromodulare țintită.

Cercetarea se concentrează asupra bolilor neurologice, deoarece toate avantajele stimulării luminii conțin un potențial promițător pentru terapia genică și alte beneficii.

Este foarte interesant faptul că neuronii individuali și conectomii țesutului neuronal din modelele Alzheimer, care prezintă pierderi de memorie în zona hipocampului, pot fi reactivați prin impulsuri fotonice către celulele corticale corespunzătoare, utilizând tehnica optogeneticii.

Pe baza unor cercetări, optogenetica poate oferi instrumente pentru îmbunătățirea memoriei în condiții neurologice, în special amnezie diencefalică și boala Alzheimer. Spre exemplu, cercetătorii de la Centrul RIKEN-MIT pentru Genetica Circuitului Neural (Cambridge, MA) au folosit optogenetica - o metodă de manipulare a celulelor etichetate genetic cu explozii precise de lumină - pentru a demonstra că celulele creierului pot recupera amintiri la șoareci cu boala Alzheimer, ca pierderea de memorie.

Bazându-se pe munca lor anterioară care a identificat și activat celulele de memorie, un grup condus de RIKEN Brain Science Institute și directorul Centrului RIKEN-MIT, Susumu Tonegawa, a arătat că stimularea luminii cu fibră optică poate recrește coloanele vertebrale pierdute și poate ajuta șoarecii să-și amintească de o experiență anterioară.

Prin stimularea repetată cu explozii de lumină de înaltă frecvență către circuitul de memorie hipocampic la șoarecii Alzheimer, echipa a reușit să mărească numărul de coloane vertebrale la niveluri care nu se disting de cele de la șoarecii de control.

Tonegawa explică faptul că abilitatea de a recupera amintirile la șoarecii cu Alzheimer prin creșterea numărului de coloane vertebrale pentru procesarea normală a memoriei numai în celulele de memorie, mai degrabă decât într-o populație largă de celule, evidențiază importanța manipulării extrem de vizate a neuronilor și a circuitelor lor pentru terapii viitoare.

O altă cercetare a concluzionat că activarea indusă de optogenetică a receptorilor de glutamat îmbunătățește funcția de memorie la șoarecii cu boala Alzheimer. Stimularea optogenetică a îmbunătățit memoria de lucru și pe termen scurt la șoarecii cu boala Alzheimer, iar rezultatele cercetărilor au arătat că că optogenetica poate fi utilizată pentru a regla rețeaua neuronal-glială pentru a ameliora funcțiile de memorie la șoarecii cu boala Alzheimer. Studiul a fost aprobat de Comitetul pentru resurse animale de la Universitatea Jinan, China (aprobare nr. LL-KT-2011134) la 28 februarie 2011.

Glutamatul este principalul neurotransmițător excitator din creier și este implicat în reglarea funcțiilor precum învățarea și memoria conform Ordaz și colab. ( 2017). În studiul menționat, tehnica optogenetică a îmbunătățit memoria în modelul de Alzheimer la șoarece, prin modularea rețelei neuronal-gliale, iar acest efect a fost probabil mediat, cel puțin parțial, de activarea receptorilor de glutamat. Cu toate acestea, tehnica este invazivă și leziunile neuronale nu au putut fi evitate în timpul procedurilor chirurgicale. Prin urmare, tehnicile optogenetice trebuie îmbunătățite înainte de aplicarea clinică.



Referinte:

1. Hipocamp. 2018 iulie; 28 (7): 457-470. doi: 10.1002/hipo.22960.
2. Dheeraj S. Roy, Autumn Arons, Teryn I. Mitchell, Michele Pignatelli, Tomás J. Ryan & Susumu Tonegawa Nature volume 531, pages508–512 (2016)
3. Neural Regen Res. 2019 Dec; 14(12): 2147–2155. Published online 2019 Aug 7. doi: 10.4103/1673-5374.262593: 10.4103/1673-5374.262593