Нобелівська премія за управління мозком за допомогою світла
Нейробіологія офіційно перетнула межу, яка ще кілька десятиліть тому здавалася чистою фантастикою. Нобелівську премію з фізіології та медицини присуджено вченим Пітеру Хегеманну, Георгу Нагелю та Карлу Дейссероту за розробку методу оптогенетики. Ця технологія дає дослідникам можливість буквально вмикати та вимикати окремі нервові клітини в головному мозку за допомогою звичайних світлових імпульсів. Як повідомляється в офіційному пресрелізі Nobel Prize, відкриття молекулярного вимикача дозволило науковцям уперше керувати нейронними ланцюгами з точністю до мілісекунд.
У чому головна проблема вивчення мозку
Наш мозок складається з десятків мільярдів нейронів, які утворюють найскладнішу електричну мережу. До появи оптогенетики у вчених не було точного інструменту для роботи з цією системою. Електрична стимуляція вживленими електродами впливала одразу на всі клітини навколо, а хімічні препарати діяли занадто повільно й неточково. Це можна порівняти зі спробою відремонтувати мікросхему смартфона за допомогою ковадла та молота. Оптогенетика ж дала дослідникам мікроскопічний паяльник, здатний працювати з конкретним транзистором.
Секрет зелених водоростей та молекулярні вимикачі
Історія відкриття розпочалася з вивчення одноклітинних зелених водоростей. Пітер Хегеманн та Георг Нагель виявили у цих мікроорганізмів особливі світлочутливі білки — каналородопсини. У природі вони допомагають водоростям плисти до світла для фотосинтезу. При потраплянні променя світла білок змінює форму та відкриває іонний канал у мембрані клітини, генеруючи електричний імпульс.
Потім нейробіолог Карл Дейссерот зі Стенфордського університету здійснив справжній прорив: він переніс генетичний код цього білка в нейрони ссавців. У результаті нервові клітини почали самі виробляти світлочутливий рецептор, перетворившись на керовані світлом елементи. Під впливом синього світла нейрон миттєво активується, а під променями іншого спектра засинає.
Як оптогенетика допомагає лікувати хвороби
Головна цінність методу полягає не лише у вивченні фундаментальних механізмів пам'яті чи емоцій, а й у створенні способів лікування тяжких захворювань. Згідно з аналітичним оглядом на Associated Press, технологія вже виходить за межі дослідницьких лабораторій і знаходить практичне застосування в клінічній медицині.
Відновлення зору при сліпоті: При пігментному ретиніті (генетичному захворюванні сітківки) світлочутливі палички та колбочки відмирають, але інші клітини ока залишаються живими. За допомогою оптогенетики ці клітини наділяють здатністю реагувати на світло, повертаючи пацієнтам можливість бачити.
Лікування паркінсонізму та епілепсії: При хворобі Паркінсона руйнуються моторні нейронні ланцюги. Оптогенетика дозволяє прицільно стимулювати потрібні ділянки без системних побічних ефектів. При епілепсії світловий імпульс може миттєво гасити гіперактивне вогнище в мозку безпосередньо в момент початку нападу.
Боротьба з депресією та психічними розладами: Точковий вплив на нейронні мережі, що відповідають за вироблення дофаміну та регуляцію настрою, допомагає знаходити нові мішені для ліків проти клінічної депресії, тривожних станів і залежностей.
Погляд у майбутнє
Оптогенетика назавжди змінила нейронауку, перевівши її від простого спостереження за мозком до його точного налаштування. Хоча вченим ще належить оптимізувати методи безінвазивної доставки світла глибоко в тканини головного мозку, створення молекулярних вимикачів уже відкрило шлях до медицини майбутнього.
Немає коментарів: