Światło na strychu: jak możliwe jest Optogenetyczne rąbanie mózgu

$config[ads_kvadrat] not found

Naukowcom udało się stworzyć zalążek sztucznego mózgu

Naukowcom udało się stworzyć zalążek sztucznego mózgu
Anonim

Biologia jest bardzo podobna do Legos, ponieważ mówiąc metaforycznie, wszystko jest bardzo podobne do Legos. Prawda jest taka, że ​​nasze ciała, nasze pozornie spójne całości, w rzeczywistości składają się z niezliczonych małych części i że funkcje mieszania i dopasowywania są mięsiste, krwawe i nie takie trudne. Na przykład - aby uzyskać logiczne przetaczanie się pociągu - możesz produkować snapery do neuronów zdolnych do generowania i reagowania na światło, tworząc w ten sposób zupełnie nowy system neuroprzekaźnikowy, który nie koliduje z istniejącymi systemami, mózgiem na szczycie mózgu.

To jest idea w sercu (lub głowie lub czymkolwiek) nowego pola optogenetyki. Podobnie jak wiele innych narzędzi w biologii, optogenetyka opiera się na biologii innego organizmu, który został „pożyczony”. W tym przypadku jest to białko zwane channelrhodopsin-2 (ChR-2) i pochodzi z zielonych alg zwanych Chlamydomonas reinhardtii. Okazuje się, że istnieje wiele wrażliwych na światło kanałów jonowych, takich jak ten. Chodzi o zbudowanie nowych systemów biologicznych opartych na cegle ChR-2 po cegle.

Odkąd Karl Deisseroth zaprojektował neurony ssaków hodowane w laboratorium w celu ekspresji ChR-2 w 2005 r., Wielu badaczy majstrowało przy optogenetyce, wykorzystując ją do określenia, które neurony robią co. Na przykład, jeden typ neuronu - zwany neuronami kory mózgowej - moduluje rytmy 40-cykli na sekundę w mózgu („oscylacje gamma”). Od pewnego czasu wiadomo, że oscylacje gamma są nieprawidłowe zarówno u pacjentów ze schizofrenią, jak i autystycznych, dlatego obecnie trwają nowe strategie badania i potencjalnej korekty tych komórek. Jest to szczególnie intrygująca strategia. Nawet jeśli podstawowa genetyka jednostki powoduje nienormalny wynik w tych komórkach, jeśli naukowcy mogą po prostu zastąpić ten wynik, to te genetyka nie miałaby znaczenia.

Niedawno naukowcy zaczęli eksperymentować z ideą tworzenia sieci optogenetycznych z wykorzystaniem komórek bioluminescencyjnych. W szczególności skupiono się na rodzaju bioluminescencji odkrytej przez Osamu Shimomurę w 1962 r., Która pochodzi od meduzy Aequorea victoria i reaguje na światło (Shimomura dostał Nobla za swoje badania). Światło tworzące komórki i komórki światłoczułe - powtarzając metaforę - przypomina podwójne boki klocków Lego.

Zachęcając interakcje między tymi dwoma typami komórek, naukowcy mogą osiągnąć niespotykany dotąd poziom precyzji neuronalnej. Będą również w stanie uzyskać komórki optogenetyczne, które będą reagować na światło bez przyklejania latarki do głowy myszy, co jest fajne - szczególnie dla myszy.

Ale co z aplikacjami? Jedną z możliwości jest wygenerowanie tych samych komórek, które reagują na światło. Kiedy więc zaczynają działać funkcje biologiczne - powiedzmy, że produkują leptynę lub grelinę, a więc regulują apetyt - zapalają się i uruchamiają system. W ten sposób naukowcy mogliby potencjalnie odzyskać ilość wyprodukowanej greliny, aby ludzie rzadziej głodowali. Mogą też poprawić ilość insuliny uwalnianej w odpowiedzi na sygnały cukru we krwi. Mogą też zalać strefę adrenaliną, gdy pacjent się zmęczy.

Alternatywnie można zhakować istniejące systemy. Na przykład przez optogenetyczną inżynierię neuronów hamujących w ciele migdałowatym, aby reagować na światło, i aktywowanie neuronów w ciele migdałowatym w celu wytworzenia badaczy światła może przeprojektować neurony inhibitorów ludzi, aby przytłoczyć ich poczucie stresu lub niepokoju. Nigdy więcej niepokoju. (Mogłoby to prowadzić do skoków bezrobocia, gdy ludzie odsuwają się, by realizować swoją radość.)

Moglibyśmy jeszcze bardziej zainteresować: Być może moglibyśmy opracować system, w którym każdy neuron w sieci wyraża swój własny kolor, a komórki optogenetyczne wymagają aktywacji każdego kanału, aby ich efekt został zrealizowany. Więc zamiast pojedynczego odpalania neuronów, cała pamięć musi zostać aktywowana, aby system mógł działać. Może złe efekty niektórych wspomnień mogą zostać osłabione. Albo cała sprawa może zostać wykonana, aby zareagować na lek, aby użytkownik mógł go włączyć lub wyłączyć.

W każdym razie, nadal istnieją poważne przeszkody naukowe i regulacyjne, zanim to ponowne rozpoczęcie okablowania science-fiction. Aby spojrzeć na to z perspektywy, FDA nie zatwierdziła jeszcze żadnych procedur terapii genowej i tylko jedna procedura została zatwierdzona w Europie. To jest bardzo daleko.

Ale nadchodzi.

Naukowcy nie zapominają, że komórki optogenetyczne mogą również współpracować ze sprzętem - że możemy nie tylko zhakować nasze systemy przy użyciu tych nowych technologii, ale podłączyć się do większego systemu. Biologia jest jak Legos, ale mniej przypomina Legos niż mogłaby być. Spodziewaj się, że to się zmieni.

$config[ads_kvadrat] not found