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Buts du projet Neufs de révolutionner l'application de l'optogenetics en neurologie

La révolution que la technologie d'optogenetics a portée à la biologie -- neurologie en particulier -- pourrait être transformé encore une fois si un projet neuf devenant en cours à Brown University et à l'Université de Michigan Centrale (CMU) est réussi.

D'abord introduit sous une forme pratique en 2005, l'optogenetics a donné à des scientifiques de cerveau la capacité neuve étonnante aux pouls d'utilisation de la lumière laser pour régler presque n'importe quel type de neurone dans n'importe quelle zone avec la synchronisation précise. Les moyens Antérieurs de régler des neurones n'étaient pas idéaux. Les pouls Électriques étaient puissants mais ont piloté toutes les cellules dans une zone, pas simplement types désirés de cellules. Les Médicaments n'ont pas pu loger le contrôle à une zone particulière et n'ont pas eu la synchronisation précise. Optogenetics a pu la faire toute en concevant génétiquement des cellules pour devenir enthousiaste ou supprimé par différentes couleurs de la lumière.

Mais l'optogenetics peut encore faire plus, a dit Christopher Moore, professeur agrégé de la neurologie chez Brown, qui aboutit le projet neuf, financé par une concession neuve de $1-million de W.M. Keck Foundation. Son objectif est d'inciter des cellules « intelligentes assez » pour émettre la lumière avec précision si nécessaire afin de se régler optogenetically ou leurs voisins. Si l'optogenetics est jamais approuvé pour l'usage humain, cette forme neuve de l'autorégulation -- ce qui ne concernerait pas injecter la lumière dans le fuselage de l'extérieur -- a pu produire des voies neuves de traiter des problèmes l'échelonnement des crises d'épilepsie à la Maladie de Parkinson au diabète.

« BL-Og, » et au-delà

En 2013, le collaborateur Ute Hochgeschwender, professeur agrégé de Moore à CMU, expliqué comment inciter les cellules optogenetic à émettre leur propre lumière utilisant une capacité a largement trouvé en nature : bioluminescence. La Bioluminescence est la réaction chimique naturelle qui permet à des lucioles et à beaucoup de créatures de mer d'effectuer la lumière. L'avance d'appareiller la bioluminescence avec l'optogenetics a permis à des scientifiques d'effectuer la radio de technologie. Dans la plupart des expériences optogenetic, la lumière laser est fournie dans le fuselage par un câble fibre optique, mais avec le BL-Og -- sténographie pour Bioluminescent-OptoGenetics -- une lumière fraîche et biologiquement compatible a pu être déclenchée en cellules juste en gérant un médicament.

Maintenant l'équipe de professeurs de Moore, de Hochgeschwender, et de Brown Barry Connors, Julie Kauer et Diane Lipscombe, directeur intérimaire de l'Institut de Brown pour la Science du Cerveau, poursuivra la prochaine étape importante.

« Dans la concession neuve, ce que nous faisons prend le BL-Og et le porte à où il commence à devenir transformatively différent à partir de toute autre chose qui est existé, » Moore a dit.

L'idée est de programmer les cellules BL-Og émettre leur lumière quand elles sentent un besoin. En Tant Qu'entités vivantes, les cellules passent leurs vies sentant leur environnement et effectuant des directives génétiques de mettre en application des activités complexes, telles qu'exprimer des protéines, produire de l'énergie, ou même contrer des dangers. Pourquoi ne pas essayer de combiner que programmabilité avec le BL-Og pour aider les cellules à s'aider ou eux-mêmes ?

« En ce moment Je pourrais donner une pilule qui incite des cellules à rougeoyer et il aurait un effet pendant un laps de temps, » Moore ai dit. « Ce Qui serait réellement ordonné est si nous pourrions régler un circuit seulement quand il se comporte mal. Ce Que vous aimeriez faire est laissent la cellule ont sa configuration normale d'activité, et intervenir alors à cela moment [problématique]. C'est un élan en temps réel de contrôle par retour de l'information. »

Épilepsie, par exemple

L'équipe planification pour essayer cette idée en se concentrant sur le flux des ions calcium parmi des cellules dans parties variées du fuselage, une zone particulière des compétences de Lipscombe. Le Calcium excite des cellules, telles que des neurones, en accumulant les charges positives dans elles jusqu'à elles franchissent un seuil pour l'action. Dans l'épilepsie, par exemple, il y a trop de cette excitation. Connors a étudié cela en détail.

Voici comment l'équipe propose d'aider : Avec le BL-Og, ils savent déjà rendre des cellules cibles capables d'émettre et/ou de répondre à la lumière. La prochaine phase est de lier ces capacités à sentir les niveaux des ions calcium. La biologie Synthétique, dans laquelle les scientifiques ajoutent des extraits des directives d'ADN au génome d'une cellule ou l'organisme entier à essentiellement programment dans une capacité neuve, offre une voie potentielle de rendre cela faisable.

Dans l'exemple de l'épilepsie, des neurones BL-OG-activés dans le cerveau pourraient être programmés pour rougeoyer rouges (comme un feu de signalisation) si les ions calcium soulèvent dedans trop rapidement. Cette lueur rouge pourrait déclencher les cellules optogenetic voisines pour amortir leur excitation parmi l'habillage de calcium, arrêtant effectivement une crise dès qu'elle commencera.

« Un effet similaire pourrait normaliser l'activité cérébrale dans la Maladie de Parkinson, où l'emballement éclatant dans des zones particulières de cerveau est pensé pour être à la base des symptômes de ce trouble, » Moore a dit.

D'ailleurs, l'optogenetics fonctionne dans d'autres parties du fuselage. Dans le pancréas, l'équipe espère voir s'il est possible de programmer les cellules BL-OG-capables sentir les taux de glucose sanguin bas. Les Ions calcium ont un rôle majeur dans la sécrétion d'insuline, ainsi quand les sucres sont si bas, les cellules programmées être autorégulatrices pourraient déclencher une lueur de la lumière pour augmenter optogenetically l'excitation des cellules concernées dans la production d'insuline de signalisation.

« Dans la concession que nous proposons d'explorer une variété entière de différents objectifs, » il a dit. Un Un Autre est des cellules musculaires lisses, qui également dépendent du calcium et sont le régulateur principal de la pression sanguine dans tout le fuselage. Une grande sélection de problèmes pourrait être facilitée en augmentant la qualité du contrôle vasculaire dans le cerveau et dans le fuselage, Moore a dit.

Source : Brown University