Η ανακάλυψη ξεκίνησε από ένα μικροσκοπικό πράσινο φύκος και έδωσε στους ερευνητές έναν νέο τρόπο να ανακαλύπτουν ποια κύτταρα του εγκεφάλου ελέγχουν κινήσεις, συμπεριφορές, συναισθήματα και αναμνήσεις
Το επίτευγμα που χάρισε στους Καρλ Ντάισεροθ, Πέτερ Χέγκεμαν και Γκέοργκ Νάγκελ το φετινό Νόμπελ Ιατρικής μπορεί να περιγραφεί απλά. Οι ανακαλύψεις τους έδωσαν στους επιστήμονες τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν φως για να ενεργοποιούν και να απενεργοποιούν επιλεγμένους νευρώνες μέσα σε έναν ζωντανό εγκέφαλο.
Η τεχνική ονομάζεται οπτογενετική και άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές μελετούν το πιο πολύπλοκο όργανο του ανθρώπινου σώματος.
Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες μπορούσαν να βλέπουν ποιες περιοχές του εγκεφάλου ενεργοποιούνται όταν ένας άνθρωπος ή ένα ζώο κινείται, φοβάται ή σχηματίζει μια ανάμνηση. Αυτό όμως δεν αρκούσε για να αποδείξουν ότι μια συγκεκριμένη ομάδα νευρώνων προκαλεί τη συγκεκριμένη αντίδραση.
Με την οπτογενετική μπορούν να επιλέξουν τους νευρώνες που θέλουν, να τους ενεργοποιήσουν με φως και να παρακολουθήσουν αμέσως τι αλλάζει.
Νόμπελ Ιατρικής: Από έναν μικροσκοπικό οργανισμό σε έναν «διακόπτη» για τους νευρώνες
Η ανακάλυψη ξεκίνησε από το Chlamydomonas, έναν μικροσκοπικό μονοκύτταρο οργανισμό που ζει στο νερό και μπορεί να κινείται προς το φως.
Ο Πέτερ Χέγκεμαν προσπαθούσε να καταλάβει πώς το Chlamydomonas αντιλαμβάνεται από πού έρχεται το φως και καταφέρνει να κινηθεί προς την κατεύθυνσή του. Μαζί με τον Γκέοργκ Νάγκελ εντόπισαν τις πρωτεΐνες που βρίσκονται πίσω από αυτή τη λειτουργία, τις λεγόμενες καναλιροδοψίνες.
Οι δύο επιστήμονες έδειξαν στη συνέχεια πώς λειτουργούν. Όταν μια καναλιροδοψίνη δέχεται μπλε φως, ανοίγει μια μικροσκοπική δίοδο στη μεμβράνη του κυττάρου. Μέσα από αυτήν περνούν ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, τα ιόντα, αλλάζοντας την ηλεκτρική κατάσταση του κυττάρου.
Το επόμενο βήμα ήταν καθοριστικό. Οι Χέγκεμαν και Νάγκελ έδειξαν ότι οι καναλιροδοψίνες δεν λειτουργούν μόνο στο Chlamydomonas.
Όταν έδωσαν σε κύτταρα ποντικών και ανθρώπων τις γενετικές οδηγίες για την παραγωγή της συγκεκριμένης πρωτεΐνης, κατάφεραν να τα κάνουν να αντιδρούν στο φως.
Ο Καρλ Ντάισεροθ αντιλήφθηκε ότι η ίδια αρχή μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στους νευρώνες.
Εισήγαγε σε νευρικά κύτταρα το γονίδιο που περιέχει τις οδηγίες για την παραγωγή καναλιροδοψίνης. Οι νευρώνες άρχισαν έτσι να παράγουν τη φωτοευαίσθητη πρωτεΐνη και μπορούσαν πλέον να ενεργοποιηθούν με φως.
Γιατί αυτό άλλαξε τη μελέτη του εγκεφάλου
Ο Ντάισεροθ και οι συνεργάτες του εφάρμοσαν αργότερα την τεχνική στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου ποντικών.
Πέρασαν εξαιρετικά λεπτές οπτικές ίνες από το κρανίο των ζώων και έστειλαν φως σε συγκεκριμένους νευρώνες. Όταν τους ενεργοποιούσαν, προκαλούσαν κίνηση στα μουστάκια των ποντικών.
Το πείραμα έδειξε τη δύναμη του νέου εργαλείου. Οι επιστήμονες δεν έβλεπαν απλώς ότι κάποιοι νευρώνες ενεργοποιούνται ταυτόχρονα με μια κίνηση. Πλέον, μπορούσαν να ενεργοποιήσουν οι ίδιοι αυτούς τους νευρώνες και να προκαλέσουν την κίνηση.
Έτσι μπορούσαν πλέον να εξετάζουν άμεσα τη σχέση αιτίας και αποτελέσματος μέσα στον εγκέφαλο.
Η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για πολύ πιο σύνθετες λειτουργίες. Πειράματα σε ποντίκια βοήθησαν τους ερευνητές να εντοπίσουν δίκτυα νευρώνων που συμμετέχουν στον σχηματισμό συγκεκριμένων αναμνήσεων, μεταξύ των οποίων και αναμνήσεις που συνδέονται με τον φόβο.
Η Άννα Βέντελ, καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Καρολίνσκα και μέλος της επιτροπής Νόμπελ, εξήγησε ότι μέχρι τώρα οι επιστήμονες διέθεταν ανατομικούς χάρτες του εγκεφάλου και μπορούσαν να παρατηρούν συσχετίσεις ανάμεσα στη δραστηριότητα συγκεκριμένων περιοχών και σε διάφορες λειτουργίες.
Η οπτογενετική τούς επιτρέπει να προχωρήσουν παραπέρα.
Μπορούν να εξετάσουν ποια κύτταρα προκαλούν μια κίνηση ή μια συμπεριφορά, ποια επικοινωνούν μεταξύ τους και ποια συμμετέχουν στη δημιουργία συναισθημάτων και αναμνήσεων.
Αυτό βοηθά τους επιστήμονες να φτιάξουν όχι μόνο έναν ανατομικό, αλλά και έναν λειτουργικό χάρτη του εγκεφάλου.
Από το εργαστήριο στις πρώτες θεραπείες
Η οπτογενετική αναπτύχθηκε ως εργαλείο βασικής έρευνας, όμως τα τελευταία χρόνια άρχισε να δοκιμάζεται και για την αντιμετώπιση ασθενειών.
Μία από τις πιο εντυπωσιακές εφαρμογές της αφορά την όραση.
Σε κλινική δοκιμή, επιστήμονες κατάφεραν να αποκαταστήσουν εν μέρει την όραση ενός άνδρα με μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια. Η συγκεκριμένη πάθηση καταστρέφει σταδιακά τα φωτοευαίσθητα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς και μπορεί να οδηγήσει σε τύφλωση.
Οι ερευνητές προσπάθησαν να παρακάμψουν τα κατεστραμμένα κύτταρα κάνοντας άλλα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς να αντιδρούν στο φως.
Χρησιμοποίησαν έναν αβλαβή ιό για να μεταφέρουν σε γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς τις γενετικές οδηγίες για την παραγωγή καναλιροδοψίνης. Τα κύτταρα αυτά, που υπό φυσιολογικές συνθήκες δεν λειτουργούν ως φωτοϋποδοχείς, απέκτησαν έτσι ευαισθησία στο φως.
Ο ασθενής φορούσε ειδικά γυαλιά με κάμερα, τα οποία κατέγραφαν το περιβάλλον και μετέτρεπαν τις εικόνες σε φωτεινούς παλμούς κατάλληλους για την ενεργοποίηση των τροποποιημένων κυττάρων.
Η θεραπεία δεν αποκατέστησε πλήρως την όρασή του, αλλά του επέτρεψε να αντιλαμβάνεται ξανά ορισμένα αντικείμενα.
Ο Μπότοντ Ρόσκα, διευθυντής του Ινστιτούτου Μοριακής και Κλινικής Οφθαλμολογίας της Βασιλείας και ένας από τους επικεφαλής της μελέτης, εξέφρασε την ελπίδα ότι το Νόμπελ θα ενισχύσει τις προσπάθειες για την αποκατάσταση της όρασης με οπτογενετικές θεραπείες.
Τι μπορεί να μας μάθει για την άνοια και την επιληψία
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την τεχνική σε πειραματόζωα για να δουν τι αλλάζει στα κυκλώματα του εγκεφάλου όταν εκδηλώνονται η άνοια, η επιληψία ή ο εθισμός.
Πρώτα εξετάζουν ποια κύτταρα είναι υπεύθυνα για συγκεκριμένες λειτουργίες σε έναν υγιή εγκέφαλο. Στη συνέχεια μπορούν να αναζητήσουν τι αλλάζει όταν εμφανίζεται μια ασθένεια.
Όπως εξήγησε η Βέντελ, αν οι ερευνητές εντοπίσουν σε ένα ποντίκι ποιοι νευρώνες συμπεριφέρονται διαφορετικά εξαιτίας μιας νόσου, γνωρίζουν πολύ πιο συγκεκριμένα πού πρέπει να αναζητήσουν αντίστοιχες αλλαγές στον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Με πληροφορίες από Guardian
ΠΗΓΗ:www.lifo.gr
About The Author
