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Il Nuovo progetto mira a rivoluzionare l'applicazione del optogenetics in neuroscienza

La rivoluzione che la tecnologia di optogenetics ha portato a biologia -- neuroscienza in particolare -- potrebbe essere trasformato ancora una volta se un nuovo progetto che ottiene in corso alla Brown University ed alla Central Michigan University (CMU) riesce.

In Primo Luogo presentato in un modulo pratico nel 2005, il optogenetics ha dato a scienziati del cervello la nuova capacità stupefacente agli impulsi di uso di luce laser per gestire quasi qualunque tipo di neurone in qualsiasi area con la sincronizzazione precisa. I mezzi Priori di gestire i neuroni non erano ideali. Gli impulsi Elettrici erano potenti ma hanno determinato tutte le celle in un'area, non appena tipi desiderati delle cellule. Le Droghe non hanno potuto limitare il controllo ad un'area particolare e non hanno avute sincronizzazione precisa. Optogenetics ha potuto farlo tutta geneticamente costruendo le celle per essere emozionante o soppresso dai colori differenti di indicatore luminoso.

Ma il optogenetics può ancora fare più, ha detto Christopher Moore, professore associato della neuroscienza a Brown, che piombo il nuovo progetto, costituito un fondo per da una nuova concessione di $1-million dal W.M. Keck Foundation. Il Suo scopo è di incitare le celle “astute„ abbastanza per emettere precisamente l'indicatore luminoso una volta necessario per optogenetically gestirsi o i loro vicini. Se il optogenetics è mai approvato per uso umano, questo nuovo modulo di autoregolazione -- quale non comprenderebbe iniettare attacchi l'organismo dall'esterno -- ha potuto produrre i nuovi modi trattare i problemi variare dagli attacchi epilettici alla Malattia del Parkinson al diabete.

“BL-Og,„ e di là

Nel 2013, il Ute Hochgeschwender, professore associato del collaboratore di Moore a CMU, dimostrato come incitare le celle optogenetic ad emettere il loro proprio indicatore luminoso facendo uso di una capacità ampiamente ha trovato in natura: bioluminescenza. La Bioluminescenza è la reazione chimica naturale che permette che le lucciole e molte creature del mare facciano luce. L'avanzamento dell'accoppiamento della bioluminescenza con il optogenetics ha permesso che gli scienziati facessero il wireless della tecnologia. Nella maggior parte dei esperimenti optogenetic, la luce laser è consegnata nell'organismo da un cavo a fibre ottiche, ma con il BL-Og -- stenografia per Bioluminescente-OptoGenetics -- un indicatore luminoso fresco e biologicamente compatibile ha potuto essere avviato in celle appena amministrando una droga.

Ora il gruppo di Moore, di Hochgeschwender e dei professor Marroni Barry Connors, Julie Kauer e Diane Lipscombe, Direttore provvisorio dell'Istituto Marrone per Scienza di Cervello, perseguirà il grande punto seguente.

“Nella nuova concessione, che cosa stiamo facendo sta catturando il BL-Og e sta portandolo a dove comincia ottenere transformatively differente da niente altro che sia esistito,„ Moore ha detto.

L'idea è di programmare le celle BL-Og emettere il loro indicatore luminoso quando percepiscono un bisogno. Come entità viventi, le celle passare le loro vite che percepiscono il loro ambiente e che seguono le istruzioni genetiche applicare le attività complesse, come l'espressione delle proteine, la generazione dell'energia, o persino ricambio delle minacce. Perché non provare a combinarsi che programmabilità con il BL-Og per aiutare le celle a aiutarsi o stessi?

“Ora potrei dare una pillola che incita le celle ad emettere luce ed avrebbe avuto un effetto per un periodo,„ Moore ho detto. “Che Cosa sarebbe stato realmente ordinato è se potessimo regolamentare un circuito soltanto quando sta comportandosi male. Che Cosa amereste fare è lascia la cella ha suo reticolo normale di attività e poi intercedere a quella momento [problematico]. È un approccio in tempo reale di feedback.„

Epilessia, per esempio

Il gruppo pianificazione provare quell'idea mettendo a fuoco sul flusso degli ioni del calcio fra le celle in varie parti del corpo, un'area particolare della competenza di Lipscombe. Il Calcio eccita le celle, quali i neuroni, accumulando le cariche positive loro fino agli loro oltrepassa una soglia per atto. Nell'epilessia, per esempio, c'è troppa di quell'eccitazione. Connors ha studiato dettagliatamente quello.

Qui è come il gruppo propone di aiutare: Con il BL-Og, già sanno rendere le cellule bersaglio capaci di emissione e/o di risposta all'indicatore luminoso. Il punto seguente è di collegare quelle capacità a percepire i livelli di ioni del calcio. La biologia Sintetica, in cui gli scienziati aggiungono i frammenti delle istruzioni del DNA al genoma di una cella o l'intero organismo ad essenzialmente programma in una nuova capacità, offre un modo potenziale rendere quello fattibile.

Nell'esempio dell'epilessia, i neuroni BL-OG-permessi a nel cervello potrebbero essere programmati per emettere luce rossi (come un semaforo) se gli ioni del calcio stanno sollevando troppo rapidamente dentro. Quell'incandescenza rossa potrebbe avviare le celle optogenetic vicine per inumidire la loro eccitazione in mezzo dell'accumulazione del calcio, efficacemente fermante un attacco non appena comincia.

“Un simile effetto potrebbe normalizzare l'attività di cervello nella Malattia del Parkinson, in cui l'instabilità che interrompe le aree specifiche del cervello è pensata per essere alla base dei sintomi di quel disordine,„ Moore ha detto.

Inoltre, il optogenetics funziona in altre parti del corpo. Nel pancreas, il gruppo spera di vedere se è possibile programmare le celle BL-OG-capaci percepire i bassi livelli del glucosio di sangue. Gli ioni del Calcio hanno un ruolo importante nella secrezione dell'insulina, in modo da quando gli zuccheri sono troppo bassi, le celle programmate essere autoregolarici potrebbero avviare un'incandescenza di indicatore luminoso optogenetically per aumentare l'eccitazione delle celle coinvolgere nella produzione dell'insulina di segnalazione.

“Nella concessione che proponiamo di esplorare un'intera varietà di obiettivi differenti,„ ha detto. Un Altro è celle di muscolo liscio, che egualmente dipendono da calcio e sono il regolatore principale di pressione sanguigna in tutto l'organismo. Una grande selezione dei problemi potrebbe aiutarsi migliorando la qualità di controllo vascolare nel cervello e nell'organismo, Moore ha detto.

Sorgente: Brown University