Optogenetyka jest stosunkowo nową, bardzo prężnie rozwijającą się dziedziną nauki, która pozwala przy pomocy światła kontrolować, a także badać aktywność mózgu. Jest metodą znacznie mniej inwazyjną niż stosowane dotychczas, starsze techniki tj. głęboka stymulacja mózgu. Obecność światłoczułych białek (opsyn) pozwala stymulować lub wyciszać sygnały w neuronach. Stosowane do tej pory techniki (które były już opisywane w naszym portalu) opierały się m.in. na wprowadzeniu źródła światła w postaci włókien optycznych do wnętrza mózgu w pobliżu sterowanych komórek. Poza trudnościami w ich implantacji, nie nadawały się również do badań trwających przez dłuższy okres czasu (np. badania nad rozwojem mózgu, gdy jego wielkość ulega z czasem zmianie) oraz do analizy chorób o podłożu neurodegeneracyjnym (gdzie implant mógł w pewien sposób oddziaływać na fizjologię mózgu). Naukowcy z MIT, pod przewodnictwem Edwarda Boydena, opracowali nową metodę, która pozwala na wykorzystanie źródła światła poza sterowanym organizmem. Inżynierowie skonstruowali molekuły („Jaws”) pozwalające na nieinwazyjne wyciszanie neuronów.

            Większość wykorzystywanych dotychczas w optogenetyce opsyn była wrażliwa na niebieskie i zielone światło. Zespół Boydena jakiś czas temu opisał dwie światłoczułe pompy jonowe (reagujące na czerwone światło) występujące naturalnie w bakteriach Haloarcula marismortui i Haloarcula vallismortis. Prąd przez nie wytwarzany był jednak niewystarczający do właściwej kontroli neuronów. Poprzez tworzenie różnych wariantów mutantów zespół skonstruował nową pompę, która była nadal wrażliwa na światło czerwone, ale dawała znacznie silniejszą odpowiedź pobudzającą lub hamującą neurony, niż swój naturalny poprzednik. Dzięki wykorzystaniu tak otrzymanej opsyny naukowcom udało się wyciszyć aktywność neuronów w mózgu myszy przy wykorzystaniu zewnętrznego źródła światła czerwonego. Metoda okazała się równie skuteczna, co przy wykorzystaniu innych źródeł światła w przypadku dotychczas stosowanej optogenetyki inwazyjnej. Wcześniejsze badania wykorzystujące zewnętrzne źródło światła dotyczyły nocyreceptorów, które zlokalizowane są tuż pod skórą – dzięki zastosowaniu „Jaws” udało się wyciszyć neurony wewnątrz mózgu. Co więcej, upatruje się również potencjalnego zastosowania „Jaws” w przypadku leczenia barwnikowych zwyrodnień siatkówki, ponieważ bardzo przypominają naturalne opsyny oka, będąc jednocześnie znacznie bardziej wrażliwymi na światło. „Twój mózg pośredniczy wszystkiemu co czujesz, myślisz i robisz. Mózg jest niezwykle złożony – każdy jego milimetr sześcienny zawiera prawdopodobnie sto tysięcy komórek, połączonych miliardami synaps, z których każda działa z dokładnością do milisekundy. Tworzymy narzędzia, umożliwiające mapowanie cząsteczek i zwojów, rejestrację i kontrolę neuronowej dynamiki i naprawę możliwych dysfunkcji. Zajmujemy się dystrybucją naszych narzędzi w środowisku naukowym, a także zastosowaniem ich do systematycznej analizy mózgu, zmierzającej do ujawnienia podstawowych mechanizmów jego funkcjonowania i uzyskania nowych strategii terapeutycznych w leczeniu zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.” – Pisze Edward Boyden na swojej stronie internetowej.

            Wykorzystanie nieinwazyjnej optogenetyki może okazać się skutecznym narzędziem nie tylko w badaniach nad funkcjonowaniem i rozwojem mózgu, ale również mogłoby w przyszłości pomóc w leczeniu takich chorób neurologicznych jak padaczka. W swojej publikacji autorzy dodają ponadto nadzieje, że dzięki wykorzystaniu „Jaws” możliwe będzie w przyszłości wyeliminowanie znacznej liczby niepotrzebnych inwazyjnych operacji mózgu. Co więcej, dzięki zastosowaniu zewnętrznego źródła światła uda się wyeliminować wiele znanych problemów związanych wprowadzaniem implantów w tak wrażliwą część ludzkiego ciała, a także umożliwi to obrazowanie długoterminowe oraz monitorowanie postępów choroby (lub stosowanego leczenia) bez dodatkowej, niepożądanej w tym przypadku ingerencji. Być może wcześniejsze badania dotyczące optogenetyki, podczas których konieczne było wprowadzenie do mózgu źródła światła będą mogły być powtórzone z wykorzystaniem tej nieinwazyjnej, stosunkowo prostej metody.