Κυριακή, 22 Φεβρουαρίου 2009

Η Οπτογενετική στη μελέτη και θεραπεία της κάκωσης νωτιαίου μυελού

Η οπτογενετική αποτελεί συνδυασμό της οπτικής με την γενετική μηχανική. Είναι μια νέα τεχνική μελέτης των νευρωνικών κυκλωμάτων που βασίζεται σε φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες οι οποίες απομονώνονται από διάφορους μικροοργανισμούς.

Κάθε πρωτεΐνη είναι φωτοευαίσθητη σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος του φωτός και ανταποκρίνεται σε αυτό αλλάζοντας την τρισδιάστατη μορφή της, έτσι ώστε να εισέρχονται και να εξέρχονται τα αναγκαία για την διαδικασία ιόντα. Δρουν με λίγα λόγια ως κυτταρικές χρωστικές ουσίες. Η λειτουργία των κυττάρων που δέχονται αυτές τις πρωτεΐνες μπορεί να ελεγχθεί με παλμούς λέιζερ. Ένα παράδειγμα είναι ότι το μπλε φως διεγείρει κάποιους νευρώνες, τους οποίους το κόκκινο φως αναστέλλει. Μάλιστα, με αυτήν την τεχνική, είναι δυνατή η απομόνωση ακόμα και μίας μόνο νευρικής ώσης από μια δέσμη ώσεων, καθώς δρα σε επίπεδο χιλιοστών του δευτερολέπτου.

Η έρευνα που διενεργήθηκε σε ποντίκια με κακώσεις νωτιαίου μυελού βασίστηκε σε μικροβιακές πρωτεΐνες, τις καναλοροδοψίνες - channelrhodopsins (ChRs), οι οποίες όταν εισέρχονται στους νευρώνες, τους μετατρέπουν σε φωτοευαίσθητους. Έτσι, καθίσταται δυνατή η παρατήρηση και η διαχείριση της δραστηριότητας των κυττάρων με τη χρήση παλμών λέιζερ.

Οι πρωτεΐνες αυτές απομονώθηκαν για πρώτη φορά από έναν αυτότροφο οργανισμό (green algae) το 2002, και έχουν ήδη αποδειχθεί χρήσιμες, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της δραστηριότητας τού κυττάρου με τόση ακρίβεια όσο το γύρισμα ενός διακόπτη, και για τον έλεγχο απλών λειτουργιών σε μικροοργανισμούς, όπως τα νηματόζωα.

Genetically targeted light activation of dopaminergic neurons in fruit flies alters locomotor activity and navigation patterns (Cell 121 141-152, 2005)

Στην έρευνα στο Case Western Reserve University στο Cleveland (Ohio), προκλήθηκε στα ποντίκια κάκωση νωτιαίου μυελού αρκετά υψηλή, ώστε να παραλύσει κατά το ήμισυ και το διάφραγμα. Στο σημείο της προκληθείσης βλάβης εισήχθη ένας τροποποιημένος ιός (Sindbis) -που περιείχε τα γονίδια που κωδικοποιούν την καναλοροδοψίνη και την πράσινη φωσφορίζουσα πρωτεΐνη-, ο οποίος τοποθετήθηκε στην γκρι ουσία του νωτιαίου μυελού στο σημείο που βρίσκονται οι κινητικοί νευρώνες.
Τέσσερις ημέρες μετά, πραγματοποιήθηκε διερευνητικό χειρουργείο. Οι κινητικοί νευρώνες διεγέρθηκαν με μπλε φως οπτικής ίνας και καταγράφηκε η ηλεκτρική δραστηριότητα του διαφράγματος. Η ρυθμική παραγωγή φωτός προκάλεσε ρυθμική δραστηριότητα, η οποία συγχρονίστηκε με την αναπνευστική κίνηση του διαφράγματος, και τα ποντίκια μπορούσαν να αναπνεύσουν φυσιολογικά. Βρέθηκε επίσης ότι εάν διαρκούσε παραπάνω η διαδικασία αυτή, η ανάκαμψη της αναπνοής και τα οφέλη της θα διαρκούσαν για 24 ώρες. Φαίνεται ότι με κάποιο μηχανισμό είχε προσαρμοστεί ο νωτιαίος μυελός, με αποτέλεσμα η επίδραση του φωτός να εξακολουθεί να διαρκεί και μετά το πέρας της εφαρμογής του.

Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι το φαινόμενο αυτό οφείλεται σε κάποια τροποποίηση των νευρωνικών κυκλωμάτων στον νωτιαίο μυελό (συναπτική πλαστικότητα), η οποία μπορεί να επεκταθεί και στα δυο «κέρατα» του νωτιαίου μυελού. Το φως φαίνεται πως ενδυναμώνει τη συναπτική πλαστικότητα σε επαρκή βαθμό ώστε να προκαλεί ρυθμική αναπνευστική δραστηριότητα.

Έρευνες σε αυτό το πεδίο μπορούν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη οπτικών νευροπροσθετικών μηχανισμών (με χρήση τηλεχειριστηρίου), που πιθανώς θα βρίσκονται εμφυτευμένοι στο σώμα. Η ικανότητα του φωτός να διεγείρει και να αναστέλλει νευρώνες μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί π.χ. στην ALS, εγκεφαλικά επεισόδια, πάρκινσον, ακόμη και στον χρόνιο πόνο.

Του Κωνσταντίνου Μπαλακατούνη, PT, MSc, email: balakatounis@gmail.com

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου