이것은 발전 중인 광유전학이다. 이 학과에서 단백질은 빛의 펄스에 반응하여 자신의 모양을 바꾸는데, 이는 살아있는 동물 세포의 전기 활동을 통제하는 데 사용될 수 있다.
광유전학은 현재 광범위하게 연구되고 있는 학과이다. 그 연구는 일부 미생물에서 발견된 감광단백질을 기초로 한다. 특정 색상의 빛의 펄스에 비추면 이 단백질의 구조가 변하여 세포의 전기 활동을 변화시킨다. 실험동물에서 개조된 단백질을 표현함으로써 과학자들은 빛과 함께 춤을 출 수 있는 파리와 물고기를 얻었고, 가장 기대되는 것은 이 연구가 무약 치료법으로 발전할 수 있는지 여부다.
광유전학 도구에 대한 연구는 이미 광범위하고 깊이 있게 전개되었다. 시자홍색 채널 시자홍질은 조류에서 발견된 광수용체로, 블루레이에 반응하고 양전하가 세포에 들어갈 수 있도록 허용함으로써 세포를 자극한다. 소금 시자홍질, 일종의 소금 세균은 극단적인 미생물 (극단적인 조건 하에 사는 세균, 특히 이곳의 염분 알칼리 토양) 에서 분리된다. 음전하가 세포의 황광에 대한 반응을 허용하여 흥분된 세포의 흥분성을 감소시킨다. Archeorhodopsins 는 다른 극단적인 미생물에서 추출한 고세균으로, 유사한 메커니즘을 사용하여 세포의 흥분성을 떨어뜨린다. 황광에 응답하여 양전하를 세포에서 펌프한다.
인간 신경전달물질 수용체와 이 세균 광수용기 도메인을 분열하고 재편성함으로써, 우리는 실험실에서 더 복잡한' 기계' 를 만들 수 있다. 예를 들면' Hylighter' 를 만들 수 있다. 뉴런이 한 가지 색깔에 비춰질 때, 그것은 두 번째 색깔에 비춰질 때까지 신경세포의 활동을 억제한다.
블루레이와 옐로 빛으로 조종하다. (소스: Shutterstock 의 라이트. ) 을 참조하십시오
이론적으로 이것은 블루레이와 황광 펄스를 결합함으로써 뉴런과 근육이 매우 짧은 시간 간격 (천분의 1 초) 내에 일정한 순서로 열리고 닫힐 수 있다는 것을 의미한다. 결국 약을 복용하지 않고 장기간 복용하는 위험을 무릅쓰지 않고 이러한 흥분성 세포를 "치료" 할 수 있는 치료법으로 발전할 수 있다.
춤추는 파리와 빛나는 물고기
과학자들은 행동을 결정하는 신경 회로에 대한 우리의 이해를 높이기 위해 이 기술을 사용하기 시작했고, 빛과 함께 춤을 추는 파리와 광선에 의해 인도될 수 있는 물고기를 얻는 것과 같은 뛰어난 성과를 거두기 시작했다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 최근 두 가지 최전선 연구는 빛 유도 전기 자극을 임상요법으로 가능케 했다. 본 대학교의 연구원들은 특정 동물의 심장 세포를 인위적으로 수정하여 시자홍색 채널 단백질을 표현하여 빛의 자극을 가하여 동물의 심장 박동을 조절할 수 있는지 알아보는 연구를 했다. 시자홍색 채널 단백질과 염균시자홍질의 결합을 통해 또 다른 연구진은 제브라 피쉬의 심장박동세포를 인수하여 원래의 자연박동 리듬을 덮어놓았는데, 이 영향은 불을 끌 때까지 멈추지 않았다.
제가 어디에 있습니까? (출처: Shutterstock 의 Mouse. ) 을 참조하십시오
노벨상 수상자인 Susumu Tonegawa 의 연구실에서 알츠하이머병을 앓고 있는 쥐들 중 기억할 수 없는 것은 광유전학으로 뇌의 기억을 자극해 센터를 형성해 회상할 수 있다는 사실을 발견했다. 빛의 펄스로 시자홍색 채널 단백질을 표현하는 세포를 비추면 흥분성을 높이고, 이 뉴런들이' 전력 향상' 을 하고, 그들의 활동연결을 유지하여, 피실험자가 과거 사건에 대한 기억을 검색하는 데 도움을 줄 수 있다.
이 놀라운 결과에 따르면 알츠하이머병 환자는 항상 새로운 기억을 형성할 가능성이 높으며, 우리는 단지 그들이 기억 세포가 형성하는 약한 연결을 유지하도록 도와주기만 하면 된다. 알츠하이머병 환자가 기존의 기억을 잊는 것을 막을 수는 없지만 보존 시간을 연장할 수 있다.
실제 적용
Susumu tonegawa 의 연구 내용은 쥐에게 짧은 전기충격과 일정한 음향 자극을 동시에 주고 쥐가 들은 소리를 어떻게 기억하는지 보는 것이다. 이 소리는 보통 알츠하이머병을 앓고 있는 쥐가 기억하지 못하는 소리다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 뇌에서 이러한 기억의 영역을 활성화시키는 세포를 활성화시킨 후 (세포에서 자홍색 채널 단백질의 전기 활동을 자극함으로써), 이들 영역의 뉴런은 적절한 연결을 형성하여 이 기억을 유지하는 데 도움이 될 것이다. Susumu tonegawa 의 작업은 과학자들이 더 잘 아는 시스템에 초점을 맞추고 있습니다. 불쾌한 일이 발생할 때 우리는 저항하거나 피하는 반사 시스템을 만듭니다.
하지만 우리는 알츠하이머병 환자와 그들의 가족들이 매일 작은 임무를 수행하는 방법과 사랑하는 사람의 얼굴이나 자동차 키 위치에 대한 기억이 어떻게 형성되는지 알 수 없습니다. 광유전학은 우리가 이 짧은 기억들이 어디에 저장되어 있는지 이해하는 것만큼이나 중요하다.
이러한 개입은 응급 의학의 내용이 아닙니다. 예를 들어, 상처받은 심장이나 건망증의 뇌를 돕기 위해 환자의 세포가 충분히 건강하고 여전히 기능을 가지고 있는지, 혹은 우리가 더 이상 세포 간의 연결을 제대로 통합할 수 없을 정도로 손상되었는지 알아야 합니다. 이런 상황에서 그들을 아무리 자극해도 소용이 없다.
이 경우 실험실에서 세포 (예: 환자 자신의 줄기세포) 를 심근세포나 뉴런으로 변환하는 것을 고려해 볼 수 있다. 일부 실험실은 이미 이렇게 했다. 만약 이' 체이중' 세포가 시자홍색 채널 단백질을 표현할 수 있다면, 이를 환자의 손상된 조직에 주사하여 원래의 손상된 조직을 대체할 수 있다.
그러나 줄기 세포 치료의 어려움, 즉 줄기 세포를 기존 조직에 통합하는 방법, 불필요한 곳으로 통합하는 것을 방지하는 방법, 뇌의 올바른 네트워크에 통합하는 방법 등 조직 대체 치료와 관련된 일련의 어려움이 발생합니다.
흥분할 수 있는 세포 상태가 양호하더라도 전기 신호를 전달할 수 있고, 우리는 광유전학을 이용하여 세포 전기 신호를 확대하기만 하면 되기 때문에, 우리는 여전히 광유전과 관련된 코드화된 유전자를 정확한 세포에 넣어야 한다. 우리는 또한 세포를 비추고 (광섬유 심박동기를 착용해야 할지도 모른다), 각 환자를 위해 우리의 빛 자극 강도를 미세 조정할 수 있는 방법도 찾아야 한다.
이러한 노력은 만성병 들에게 가치가 있지만, 이 과정에서 시간과 전문지식에 대한 투자는 상당할 것이며, 기술의 진보가 있어도 도약할 가능성은 거의 없다. 분명히, 우리는 아직 갈 길이 멀지만, 우리는 여전히 우리의 뇌를 빛과 함께 춤을 추게 할 수 있다.
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