Klinisyenlerin ve araştırmacıların büyük çabalarına rağmen, ruhsal bozukluklarla ilgili sınırlı görüşümüz terapötik araştırmaları engellemektedir. Açıkçası, psikiyatride yeni cevaplara ihtiyacımız var. Ancak cevapları bulmadan önce yeni sorular sormamız gerekiyor, diyor bilim filozofu Karl Popper. Yani yeni bir teknolojiye ihtiyaç var.
Nörobilimde yeni teknikler geliştirmek çok zordur. Çünkü memeli beyni, farklı özelliklere sahip on milyarlarca nöronun iç içe geçtiği karmaşık bir sistemdir. Bu karmaşık durum nedeniyle sinirbilimciler beynin işlevlerini ve beyindeki belirli hücre gruplarının nasıl düşüncelere, duygulara ve anılara yol açtığını tam olarak anlamadılar. Ayrıca beyindeki fiziksel hasarın şizofreni veya depresyon gibi rahatsızlıklara nasıl yol açtığı henüz bilinmiyor. Psikolojik tedaviler şans eseri keşfedildi ve tarihte yardımcı oldular, ancak hastalığın mekanizmasını aydınlatmıyorlar.
Nobel Ödüllü bilim adamı Francis Crick, beyindeki her bileşiğin manipüle edilmesi gerekebileceğini söyledi. Ayrıca bu yöntemin beyindeki tek tip nöronun aktivitesini kısıtlayan bir özelliği olması gerektiğini de belirtti. Ancak şimdiye kadar incelenen hücreler arası elektriksel uyarım, gerçek etkisizleştirme sağlamaz. Bu stimülasyon belirli bir hücre tipine yönelik değildir. Bununla birlikte, farmakolojik ve genetik manipülasyonlar hücreye özgü olabilir, ancak bu durumda nöronlar arasındaki sinyal alışverişi sırasında bölgesel bir duyarlılık yoktur.
Hiçbir teknik tüm memeli sinir dokusunda bölgesel ve hücresel hassasiyet sağlamaz. Bu nedenle, yeni bir teknoloji türü geliştirmeye acil bir ihtiyaç vardı. Bu çalışmalar sonucunda optogenetik nöronları daha hızlı kontrol edebiliyor. Optogenetik araçları, heterojen bir dokuda tek bir hücre tipini hedefleyebilir.
Crick, ışığın bir kontrol aracı olarak kullanılabileceğini öne sürdü. Çünkü ışık bir uyarı olarak iletilebilir. Bu arada daha sonra memeli beyninden farklı bir bölgede bulunan mikroorganizmalarla ilgili çalışmaların da bu sorunla bağlantılı olduğu ortaya çıktı. 40 yıl önce biyologlar, mikroorganizmaların görünür ışığa tepki olarak hücre zarındaki elektrik akımını değiştirebilen proteinler ürettiklerini keşfettiler. Bu proteinler opsin adı verilen genler tarafından üretilir. 1971’de California Üniversitesi’nden Walter Stoeknius ve Dieter Osterhilt, böyle bir proteinin (Bacterorhodopsin) yeşil ışık fotonları tarafından etkinleştirilen bir iyon pompasının bir bileşeni gibi davrandığını keşfettiler. Daha sonra, aynı aileden, 1977’de halorhodopsin proteinleri ve 2002’de channelrhodopsin keşfedildi.
Crick’in ortaya koyduğu sorunu çözmek için mikrobiyal opsin genlerine dayalı olarak optogenetik yöntemler geliştirildi. Optogenetik, canlı dokulardaki belirli hücrelerdeki olayları kontrol eden genetik ve optogenetiğin bir kombinasyonudur. Optogenetik sayesinde, hücreye alınan hücreler ışık kullanılarak kontrol edilebilir ve ışığa duyarlı hale getirilebilir. Buradaki amaç, belirli hücre türlerini belirli bir zamanda kontrol etmektir. Sinir hücresi işlevinin bu dikkatli çalışması, normal beyin işlevini ve Parkinson hastalığı gibi klinik sorunları anlamaya yardımcı olacaktır.
2004 yılında, bir Stanford Üniversitesi ekibi, channelrhodopsin-2 genini memeli nöronlarına kopyaladı. Böylece nöron görevini yerine getirirken ışığa duyarlı hale geldi. Rodopsin kanalı, ışığa yanıt olarak nöronları güvenle açıp kapatabilir.
2008 yılında Volvox carteri adlı bir algden gelen channelrdopsin geninin sarı ışığa tepki verdiği keşfedildi. Daha önce üzerinde çalışılan opsin genlerinin mavi ışığa tepki verdiği gözlemlendi. Bu durumda karışık hücrelerin sayısı, VChr1 (sarı ışığa duyarlı gen) ve diğer rodopsin kanal genleri kullanılarak eş zamanlı olarak kontrol edilebilir. Böylece bir hücre tipi sarı ışık vererek, diğer hücre tipi mavi ışık vererek kontrol edilebilir.
Elektriksel faaliyetlerin yanı sıra biyokimyasal olaylar da optogenetik tarafından kontrol edilebilir hale geldi. Birçok reçeteli ilaç, G proteini adı verilen bir hücre zarı proteinini hedefler. Bu protein, hücreler arasındaki kimyasal sinyalleri algılayabilir. 2009 yılında, protein, bu proteine bir parça rodopsin eklenerek ışığa duyarlı hale getirildi. Bu protein parçalarını kodlayan genler, bir virüs aracılığıyla laboratuvar farelerinin beyinlerine aktarıldı. Böylece elektriksel aktivitenin yanı sıra hücredeki biyokimyasal olayların da kontrolü mümkün hale geldi.
2006 yılında fiber optik aletlerin geliştirilmesiyle, araştırmacılar ışığı beynin herhangi bir bölgesine iletebilirler. Böylece beyindeki sinir ağlarındaki elektriksel aktiviteler görsel olarak kontrol edilebilen mikrobiyal opsin geni aracılığıyla değiştirilebilir ve kontrol edilebilir.
Optogenetiğin psikiyatrik ve diğer nörolojik hastalıklara uygulanması
Optogenetiğin memelilerde ilk uygulaması, narkolepsi adı verilen bir uyku bozukluğuyla ilişkili nöron tiplerine yöneliktir. Bu çalışma sonucunda narkolepsinin nöronlarında uyanıklığa geçişi sağlayan özel bir elektriksel aktivite türü bulundu. Optogenetik, dopamin üreten nöronların nasıl ödül ve zevk duyguları yarattığını anlamak için de kullanılmıştır. Bunun gibi çalışmalar, depresyon gibi zevk duygularıyla ilişkili bozuklukları tedavi etmenin bir yolunu geliştirmeyi amaçlıyor.
Optogenetik yaklaşım, Parkinson hastalığına bakış açımızı da geliştirdi. Parkinson hastalığı, beynin motor kontrol ağındaki bir bozuklukla ilişkilidir. 1990’lardan beri, bazı Parkinson hastaları derin beyin stimülasyonu adı verilen bir tedavi görüyor. Ancak bu teknoloji hücreleri seçici olarak hedeflemediği için istenilen etkiyi oluşturamamaktadır. Son zamanlarda, Parkinson hastalığının hayvan modellerinde optogenetik çalışılmıştır. Bu sayede hastalıklı sinir ağının doğası ve terapötik yaklaşımların etki mekanizması daha iyi anlaşılmaktadır.
Şizofreni ve otizm hastalarında anormal aktiviteye sahip olduğu bulunan neokortikal parvalbümin nöronlarının nasıl uyarılacağı da optogenetik yoluyla öğrenildi. Optogenetik yöntemlerin kullanılması sonucunda parvalbümin neokorteks nöronlarının aktivitesinin çevresindeki diğer hücrelerle de ilişkili olduğu keşfedildi.
Körlüğü tedavi etmek için optogenetik yöntemi de incelenmektedir. örnek; Retinis pigmentoza adı verilen gözdeki fotoreseptörlerin tahribatından kaynaklanan körlüğü tedavi etmek için ışığa duyarlı opsin geninin transferine yönelik çalışmalar devam etmektedir. Bu tedavi yönteminde opsin genini taşıyan hücreler mavi ışıkla uyarılmakta ve görsel bilgi bu şekilde beyne iletilmektedir. Ayrıca sağırlığı tedavi etmek için optogenetik yöntemlerle iç kulaktaki sinirlerin uyarılmasına yönelik çalışmalar da mevcuttur.
Optogenetik umut verici ve nispeten yeni bir alandır. Bu alanda yapılan çalışmalar beyinde hastalıklara neden olan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasını sağlamakta ve bilim dünyasını tedaviye yaklaştırmaktadır. Ancak çok sayıda bilimsel araştırmaya rağmen henüz kliniklerde hastalıkların tedavisi için uygulanmamaktadır. Ancak bu yeni çalışma alanı geliştikçe ve yöntemler geliştikçe gelecekte pek çok hastalık için terapötik klinik uygulamaların mümkün olabileceği görülmektedir.
Kaynak:
1) https://www.scientificamerican.com/article/optogenetics-controlling/
2) http://www.nature.com/news/light-controled-genes-and-neurons-poised-for-clinical-trials-1.19886
3) https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/50980/title/Optogenetic-Therapies-Move-Closer-to-Clinical-Use/
yazar: Ayka Olkay
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]