Naukowcy z Uniwersytetu w Buffalo opublikowali swoje badania dotyczące wykorzystania optogenetyki w zmianie zachowania związanego ze spożyciem alkoholu u szczurów.

Doktor Caroline Bass, pierwsza autorka artykułu, wyjaśniła dla portalu biotechnologia.pl, w jaki sposób wykorzystała technikę optogenetyki podczas prowadzenia eksperymentu.

Optogenetyka jest nową techniką, gdzie wprowadzamy światłoczułe białka do neuronu, co spowoduje, że zacznie on uwalniać neurotransmitery pod wpływem światła. Dzięki wykorzystaniu tej techniki możemy zadawać pytania o to, który neuron lub które części mózgu powodują konkretne zachowania, włączając w to także zachowania związane z nadużyciem różnego typu substancji. Na przykład, możemy zapytać, czy konkretna część mózgu jest odpowiedzialna za lub przyczynia się do nawrotów uzależnienia. Kiedy już powiążemy te zachowania z konkretnymi neuronami, możemy rozwinąć terapię, która będzie wymierzona w te konkretne neurony.

Optogenetyka została uznana za metodę roku 2010 przyznawaną przez magazyn Nature.

Badania naukowców z Buffalo udowadniają związek przyczynowo-skutkowy między uwalnianiem dopaminy, a wywołaniem picia alkoholu u zwierząt.

W czasie trwania eksperymentu nauczono zwierzęta pić alkohol w sposób przypominający to zjawisko u ludzi. Poprzez stymulowanie neuronów dopaminergicznych uzyskiwano niskie, ale przedłużone w czasie uwalnianie dopaminy, co skutkowało zaprzestaniem spożywania alkoholu przez szczury. To zjawisko utrzymywało się nawet po zakończeniu stymulacji.

Warto tutaj przypomnieć, co to są neuroprzekaźniki, do których należy między innymi dopomina. Są one związkami chemicznymi, których cząsteczki posiadają zdolność do przenoszenia sygnału między jednym a drugim neuronem poprzez synapsy. Mogą one także przenosić sygnał między komórkami nerwowymi a komórkami mięśniowymi oraz gruczołowymi.

Dopamina jest neuroprzekaźnikiem działającym w obrębie dopaminergicznych neuronów układu nerwowego. Jest ona odpowiedzialna za procesy ruchowe oraz napięcie i koordynację mięśni, w związku z tym jest ona związana z chorobą Parkinsona (u chorych rejestruje się niedobór dopaminy). Reguluje ona także wydzielanie horomonów, w tym gonadotropin oraz prolaktyny, a także reguluje procesy emocjonalne.

Do tej pory badacze używali głębokiej stymulacji mózgu (ang. Deep Brain Stimulation), aby aktywować neurony dopaminergiczne. Technika ta polega na umieszczeniu tak zwanego stymulatora w mózgu, który następnie przesyła impulsy elektryczne do odpowiednich części mózgu. FDA zezwoliło na stosowanie tej metody w leczeniu 3 chorób: drżenia samoistnego (1997r.), choroby Parkinsona (2002r.) oraz dystonii (2003r.). DBS stosuje się także w leczeniu zaburzeń afektywnych, w tym depresji.

Głęboka stymulacja mózgu jest bardzo przydatna w leczeniu zaburzeń neurologicznych. Jednak nie zawsze wiemy, dlaczego ona działa i nie jest to metoda bardzo dokładna, na ogół wpływa na wiele regionów i wszystkie neurony tych regionów. Używając optogenetyki możemy potencjalnie stymulować mózg w bardziej dokładny sposób. Można to porównać do użycia skalpela zamiast młota kowalskiego. Jednakże, jest jeszcze wiele rzeczy do zrobienia zanim będzie można zacząć stosować tę technikę na ludziach, włączając „dostarczenie” wrażliwych na światło genów w bezpieczny sposób – mówi doktor Bass.

Aby wprowadzić gen kodujący wrażliwe na światło białko, doktor Bass zaprojektowała specjalny wektor wirusowy, który jej to umożliwił. Wirus ten jest nakierowany jedynie na neurony dopaminergiczne, dlatego metoda ta umożliwia działanie w obrębie tylko jednego, wybranego typu neuronów w przeciwieństwie do DBS. Oprócz leczenia uzależnienia od alkoholu można tę metodę potencjalnie stosować także w terapiach dotyczących choroby Parkinsona czy schizofrenii.

Jak dotąd, wiadomo było, które części mózgu odpowiadały za uzależnienia oraz które neurotransmitery brały udział w tym zjawisku. Jednak nie można było odpowiedzieć na pytanie, jak zmiany stężenia neurotransmiterów mogą wpływać na przebieg uzależnienia, jednak dzięki optogenetyce staje się to możliwe.