Optogenetics nam Neuroscience door storm in de afgelopen jaren, omdat de techniek kunnen wetenschappers de hersenen gemakkelijk studie bij dieren, het activeren of remmen van geselecteerde groepen van neuronen in het omzetten van een schakelaar. Vaak gebruiken wetenschappers een glasvezelkabel om licht te geven in de hersenen.

Onderzoekers van Emory en Georgia Tech hebben hulpmiddelen waardoor neurowetenschappers om vernietiging van de glasvezelkabel echter te zetten, en gebruik een gloeiende eiwit uit koraal als een bron van licht, ontwikkeld.

Luminopsins remmers



Runder rhodopsine: S. Jähnichen

Biomedische engineering student Jack Tung en neurochirurg / neurowetenschapper Robert Gross, MD, PhD hebben deze tools "luminopsins remmers" genoemd, omdat ze de neuronale activiteit remmen, zowel in reactie op licht en een van buitenaf geleverde chemische stof.

Een demonstratie van het vermogen van luminopsins 'verscheen 24 september in het tijdschrift Scientific Reports. De auteurs tonen dat deze instrumenten modulair neuronale, zowel in kweek als in vivo, en het gedrag van levende dieren veranderen.

Tung en Gross zijn nu met behulp luminopsins remmers ontdekken manieren om te stoppen of te voorkomen epileptische activiteit bij dieren.

"We denken dat deze aanpak met name nuttig voor het modelleren van behandelingen voor gegeneraliseerde aanvallen en ontvoeringen waarbij meer gebieden van de hersenen kan zijn," zegt Tung. "We zijn ook bezig om luminopsins maken gevoelige epileptische activiteit. Doe het licht aan wanneer dat nodig is, op een gecontroleerde manier van closed-loop feedback"

Grenzen Fiber Optics

Glasvezel verlicht door Hustvedt - Template: One.

In conventionele optogenetics, wetenschappers gebruik van genetische manipulatie technieken om de neuronen in dieren produceren lichtgevoelige eiwitten genaamd opsins.

Deze opsins, die uit verschillende algen en bacteriën resistent tegen zout, reageren op een bepaalde golflengte van licht bewegende ionen door de celmembraan, waardoor het stimuleren of stilte neuronen waarin ze tot expressie worden gebracht.

Echter, glasvezelkabel, gewoonlijk zijn het licht nodig om de opsins activeren verschaffen, hebben een beperkt bereik in de hersenen, bestaat het risico van infectie en kan de verplaatsing van dieren van.

Voor de levering van licht lokaal en intern, heeft het team het enzym luciferase van zacht koraal Renilla, die gloeit in het bijzijn van haar substraat luciferine genomen en gefuseerd met een remmende opsin - de oprichting van een nieuwe fusie-eiwit gedefinieerd een luminopsin remmend.

Een luminopsin prikkelende werd door andere wetenschappers, maar de eigenschappen alleen aangetoond in celkweek.

Het uitschakelen van de globus pallidus

Om te bewijzen dat luminopsins gedrag van levende dieren kan moduleren, injecteerden ze een vector coderend voor het gen luminopsin remmende globus pallidus in ratten, aan één kant van de hersenen. Twee weken later werden de muizen geïnjecteerd met luciferine.

De globus pallidus is betrokken bij motorische controle, en de aanwezigheid van luciferine het effect van de globus pallidus uitschakelen gehad. In reactie op het middel amfetamine, dieren voorkeur geroteerd in een richting, dat het gedrag dat resulteert wanneer de globus pallidus beschadiging aan één zijde nagebootst.

"We hebben ervoor gekozen om de rotatie test te doen omdat ze waren eenvoudig en eenvoudig te meten", aldus Tung. "We wilden ook om te laten zien dat de expressie van luminopsin kon worden geschaald naar verschillende hersenstructuren."

De onderzoekers toonden ook aan dat luminopsins en luciferase samen neuronale activiteit kan onderdrukken in de hippocampus, een hersengebied, in verdoofde ratten.

De auteurs merken op dat soortgelijke technieken gebruikt om neuronen geselecteerde dieren designer drugs stimuleren, maar besluiten dat luminopsins schoner en gemakkelijker te gebruiken kunnen zijn, die wetenschappers de keuze om neuronale activiteit beïnvloeden met licht of een chemisch externe voeding, dat is anders inert.

Jack K. Tung, Claire-Anne Gutekunst, Robert E. Gross
Luminopsins remmers: opsins genetisch gecodeerd bioluminescent remming optogenetic veelzijdig, schaalbaar en hardware-onafhankelijke
Wetenschappelijke rapporten, 2015; 5: 14.366