در ارتباط با برندگان جایزه نوبل پزشکی ۲۰۲۶

پیتر هگمان (Peter Hegemann) و گئورگ ناگل (Georg Nagel)، پروتئین شگفت‌انگیزی به نام channelrhodopsin را در یک جلبک تک‌سلولی کشف کرده‌اند. هگمان در تلاش برای درک این موضوع بوده است که جلبک تک‌سلولی کلامیدوموناس (Chlamydomonas) چگونه می‌تواند به سمت منبع نور حرکت کند. او و گئورگ ناگل در اوایل دهه ۲۰۰۰، channelrhodopsin را کشف کرده‌اند. پروتئینی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد که روی سطح سلول این جلبک قرار دارد. هنگامی که نور آبی به این پروتئین تابانده می‌شود، کانالی در آن باز شده و یون‌های باردار وارد سلول می‌شوند و یک پیام الکتریکی ایجاد می‌کنند. آن‌ها دریافته‌اند که قرار دادن این پروتئین در هر نوع سلولی، آن سلول را به نور حساس می‌کند.
کارل دیسروث (Karl Deisseroth)، دیگر برنده نوبل پزشکی امسال، channelrhodopsin را به یک کلید کنترل‌شونده با نور برای سلول‌های عصبی تبدیل کرده است. او ژن channelrhodopsin را وارد سلول‌های عصبی موش‌ها کرده و با تاباندن نور آبی به این سلول‌ها توانسته است یک پیام عصبی ایجاد کند. او این یافته مهم را در سال ۲۰۰۵ منتشر کرده است. دو سال بعد نیز توانسته است این کلید کنترل‌شونده با نور را در مغز موش‌های زنده به کار گیرد.


در ادامه، پژوهشگران پروتئین‌های بیشتری پیدا کرده‌اند که می‌توانند سلول‌های عصبی را فعال یا غیرفعال کنند و با طول موج‌های مختلف نور فعال می‌شوند. در سال ۲۰۰۶، این روش «اپتوژنتیک» نام گرفته است

یک سال بعد، گروه پژوهشی دیسروث توانسته است سلول‌های عصبی را در مغز موش‌های زنده فعال کند. آن‌ها ژن channelrhodopsin-2 را وارد نوع خاصی از سلول‌های عصبی در قشر حرکتی مغز کرده‌اند و سپس با استفاده از یک فیبر نوری باریک که از طریق سوراخ کوچکی در جمجمه وارد مغز شده، این سلول‌ها را با نور تحریک کرده‌اند. در نتیجه توانسته‌اند حرکات سبیل‌های موش را کنترل کنند
در همان سال، دیسروث و همکارانش از اپتوژنتیک برای بیدار کردن کنترل‌شده موش‌های خوابیده نیز استفاده کرده‌اند. آن‌ها channelrhodopsin-2 را وارد نوعی سلول عصبی کرده‌اند که تصور می‌شد در بیداری نقش دارد. تاباندن نور به این سلول‌ها باعث بیدار شدن موش‌ها شده و این فرضیه را تایید کرده است

یکی دیگر از یافته‌های مهم در سال‌های ابتدایی اپتوژنتیک در سال ۲۰۱۲ منتشر شده است. دیسروث با همکاری سوسومو تونگاوا (Susumu Tonegawa)، برنده جایزه نوبل سال ۱۹۸۷، توانسته است «اِنگرام» یا الگوی مشخصی از مسیرهای عصبی را که هنگام شکل‌گیری یک خاطره ایجاد می‌شود، فعال کند. آن‌ها مغز موش‌ها را هنگام تجربه ترس بررسی کرده و سلول‌های عصبی‌ که به نظر می‌رسیدند در شکل‌گیری این خاطره نقش دارند را شناسایی کرده‌اند. هنگامی که این سلول‌ها بعدا دوباره فعال شده‌اند، موش‌ها نشانه‌های ترس را نشان داده‌اند، حتی در شرایطی که در معرض خطری نبوده‌اند. این نخستین آزمایشی بوده که نشان داده کدام سلول‌های عصبی برای شکل‌گیری یک خاطره خاص ضروری هستند


نخستین گام‌ها برای استفاده درمانی از اپتوژنتیک برداشته‌ شده. مثلا در کارآزمایی‌های بالینی در حال انجام، از این روش برای تلاش در جهت بازگرداندن بینایی افرادی استفاده می‌شود که به دلیل رتینیت پیگمنتوزا، بیماری‌ای که سلول‌های استوانه‌ای و مخروطی چشم را از بین می‌برد، نابینا شده‌اند. در یکی از این موارد، وارد کردن پروتئینی شبیه channelrhodopsin به شبکیه یک فرد نابینا باعث بازگشت بخشی از بینایی شده است و فرد با استفاده از عینک‌های ویژه‌ای که نور ساطع می‌کنند، توانسته است اشیا را روی میز تشخیص داده و بردارد.

توضیحات: لینک


مقالات اصلی مرتبط:

Harz, H., Nonnengasser, C., Hegemann, P. The photoreceptor current of the green alga Chlamydomonas. Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. B: Biol. Sci. 1992:338:39–52.

Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM, Bamberg E, Hegemann P. Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science. 2002:296:2395–2398.

Nagel G, Szellas T, Huhn W, Kateriya S, Adeishvili N, Berthold P, Ollig D, Hegemann P, Bamberg E. Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation selective membrane channel. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003:100:13940–13945.

Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nat. Neurosci. 2005:8:1263–1268.

Aravanis AM, Wang LP, Zhang F, Meltzer LA, Mogri MZ, Schneider MB, Deisseroth K. An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology. J Neural Eng. 2007:4:S143–156


@Scientometric