Myszy chore na Parkinsona uleczone… i sterowane przez stymulację optogenetyczną

Objawy choroby Parkinsona leczone za pomocą implantu włókna optycznego umieszczonego w mózgu myszy: to zakład wygrany przez naukowców amerykańskich, którym udało się właśnie zmodyfikować zachowanie chorego zwierzęcia dzięki świetlnemu sygnałowi, wysyłanemu do niektórych neuronów. Funkcjonowanie mózgu ukrywa przed nami jeszcze wiele niezliczonych tajemnic, ale wszyscy naukowcy zgodnie mówią, że zależy ono od licznych sieci neuronów, złożonych z komórek bądź aktywnych, bądź wygaszonych.

U chorych na chorobę Parkinsona niektóre sieci neuronowe nie działają po prostu poprawnie, co prowadzi do ogromych problemów z wykonywaniem nawet bardzo prostych ruchów. Część mózgu, a dokładniej mówiąc, jądra podstawy mózgu (jądra podstawne), są odpowiedzialne generalnie za motorykę i ruchy ciała. Podejrzewa się, że właśnie w tym obszarze mózu istnieją być może dwie drogi sygnalizowania. Jedna z tych dróg, droga bezpośrednia, aktywuje być może ruch, natomiast druga, niebezpośrednia, prawdopodobnie zatrzymuje ten ruch.

Ta teoria nigdy nie została udowodniona w doświadczeniach i eksperymentach, a to wszystko po prostu z powodu braku odpowiednich narzędzi. Zastosowanie nowej technologii, czyli wspomnianej już optogenetyki, albo inaczej stymulacji optogenetycznej, która łączy, jak nazwa wskazuje, optykę i genetykę, w pewien sposób rozwiązało ten problem. Zespołowi badawczemu z Gladstone Institute of Neurological Disease (GIND), czyli Instytutu Chorób Neurologicznych w San Fransisco oraz naukowców z Uniwersytetu w Stanford, pod wodzą Anatola Kreitzera, udało się, dzięki tej nowej technice stymulacji optogenetycznej, rozjaśnić nieco ten mechanizm działania neuronów, który jest związany z ruchem ciała oraz z chorobą Parkinsona, a przynajmniej, jak na razie, jedynie u myszy.

Naukowcy ci wprowadzili gen i wymusili na nim bardzo specyficzną ekspresję w neuronach, które się podejrzewa o przynależność do drogi bezpośredniej bądź do drogi pośrednej w sygnalizowaniu ruchu. Ekspresja, o której mowa, została wymuszona dzięki zastosowania wektora wirusowego. Wprowadzony gen pochodzi od zielonej algi i pozwala na syntezę proteiny nazywanej channelrhodopsine-2 (ChR2), która charakteryzuje się tym, że jest światłoczuła i aktywowana jest przez błękitne światło. Następnie naukowcy wprowdzili włókno optyczne o grubości włosa do mózgów tych myszy, które zostały genetycznie zmodyfikowane.

Następnie wprowadzenie w ruch laseru związanego z włóknem optycznym, a więc zapalenie błękitnego światła w mózgu myszy, aktywuje te komórki, które posiadają gen ChR2. Jak tylko laser został zgaszony, komórki również natychmiast się dezaktywowały. W ten sposób naukowcy mogli wyznaczyć specyficznie i w odpowiednim momencie, wtedy, kiedy tego chcieli, drogę bezpośrednią i niebezpośrednią sygnalizowania ruchu.

Naukowcy więc zaobserwowali w jaki sposób mysz reaguje na światło laseru i w jaki sposób się porusza: aktywacja drogi niebezpośredniej przez laser unieruchamiała gryzonie, podczas gdy jej nieaktywacja przywracała myszom całkowicie normaly ruch. I na odwrót, aktywacja drogi bezpośredniej poprawiała znacząco ruchliwość myszy. Pojawianie się faz zapalania i gaszenia laseru odpowiadało idealnie fazom ruchu myszy, co potwierdza, że teoria o istnieniu dróg pośrednich i bezpośrednich ruchu z całą pewnością ma sens.

Lepiej nawet, badacze użyli myszy laboratoryjnej, zmodyfikowanej genetycznie tak, aby chorowała ona na chorobę Parkinsona. Zastosowali u niej ten sam proces techniki optogenetycznej stymulacji. Aktywacja drogi sygnalizacji bezpośredniej pozwoliła zmniejszyć objawy choroby Parkinsona u chorej myszy, takie jak sztywność ciała, bradykinezja, czyli spowolnienie ruchowe oraz trudności w zapoczątkowaniu ruchów.

Prace te są bardzo obiecujące, ponieważ pozwoliły one na identyfikacje bardzo ważnej drogi neuronalnej, ofiarując tym samym wszystkim chorym wielkie nadzieje w leczeniu choroby Parkinsona.

Zastosowanie w ten sposób techniki stymulacji optogenetycznej nie jest naturalnie rozważane u człowieka, ale być może otwiera ona nowe drzwi i pozwoli naukowcom wynaleźć nowe lekarstwa, które będą mierzyć właśnie w te nowoodkryte drogi neuronalne. Poza tym, rezultaty te pokazują także, że technika stymulacji optogenetycznej rezerwuje mnóstwo zastosowań, z całą pewnością zarówno tych dobrych jak i złych.

W oczekiwaniu, przyjrzyjmy się dobrze tej myszy sterowanej za pomocą światła, która obraca się w lewo, kiedy zapala się błękitne światło. Zadziwiające, czyż nie?