Epilepsi tedavisinde yeni ufuk: Optogenetik

Optogenetiği kullanan araştırmacılar, nöronlarda nöbet benzeri aktiviteyi önlemek için ışık darbeleri kullandılar. Bu, insan beyin dokusunda ağ düzeyinde nöbet aktivitesini modüle etmek için optogenetiğin ilk kullanımıdır. Epilepsi, anormal nöronal aktivite hastalığı (uyarma ve inhibisyon dengesizliği) nedeniyle, epilepsinin patolojik devrelerindeki nöronları kontrol etmek, hastalığın kontrol altına alınmasına olanak sağlayabilir.

Araştırmacılar tedavilerinin bir parçası olarak epilepsi hastalarından alınan beyin dokusunu kullandılar. Sonuçta bu tekniğin, nöbetlerin başladığı beyin dokusunu çıkarmak için yapılan ameliyatın yerini alacağını ve semptomları ilaçla kontrol edilemeyen hastalar için daha az invazif bir seçenek sunacağını umuyorlar.

Çalışma Nature Neuroscience'da "İnsan hipokampal dilimlerinde ağ aktivitesinin ve optogenetik müdahalelerin multimodal değerlendirmesi" başlığıyla yayımlandı.

NÖBETE KARŞI IŞIK DARBELERİ

Optogenetik yöntemde, ışığa duyarlı genleri beyindeki nöronlara ışık darbeleriyle açılıp kapatılabilen bir AAV vektörü kullanıldı. Daha özgün olarak dilimler, "Bir CAMK2A promotörü ve bir floresan etiketi (geliştirilmiş sarı floresan proteini (eYFP)) tarafından yönlendirilen bir HcKCR1 transgeni taşıyan AAV9 transdüksiyona tabi tutuldu. HcKCR1, nöronal membranı hiperpolarize eden potasyum seçici, ışığa duyarlı bir iyon kanalı olan kalium kanalrodopsini kodlar."bir CAMK2A promotörü ve bir floresan etiketi (geliştirilmiş sarı floresan proteini (eYFP)) tarafından tahrik edilen bir HcKCR1 transgenini taşıyan AAV9" ile transdüksiyona tabi tutuldu. HcKCR1, nöronal membranı hiperpolarize eden potasyum seçici, ışığa duyarlı bir iyon kanalı olan kalium kanalrodopsini kodlar. Bu ise, 530 nm ışıkla active edildiğinde ani yükselme olasılığını azaltır.

Çalışma, optogenetiğin canlı insan beyin dokusundaki nöbet aktivitesini kontrol etmek için kullanılabileceğinin ilk gösterimidir ve diğer nörolojik hastalıklar ve durumlar için yeni tedavilerin kapısını açmaktadır.

San Francisco Kaliforniya Üniversitesi (UCSF) nörolojik cerrahi alanında Yrd. Doç. Dr. Tomasz Nowakowski, çalışmanın, epilepsi ve diğer olası durumların tedavisinde yeni ve güçlü bir yönteme doğru dev bir adımı temsil ettiğini vurguladı.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ DEVREDE

Araştırma ekibi, birkaç hafta süren çalışmayı tamamlayacak kadar uzun süre dokuyu canlı tutmak için kafatasının içindeki koşulları taklit eden bir ortam yarattılar. Eki, ışığa duyarlı proteinler içeren nöronları kapatarak patlamaları önlemek için ışık atımlarını kullanmayı umuyor. Araştırma ekibinin dokuyu bozmadan deneylerini yürütmenin bir yolunu bulması gerekiyordu. Bu amaçla, nöronların elektriksel aktivitesini kaydetmek ve dokuya ışık darbeleri iletmek için bir uzaktan kumanda sistemi tasarladılar.

UCSF elektrik ve bilgisayar mühendisliği doçenti olan Dr. Mircea Teodorescu, "Bu durumun, inanılmaz derecede karmaşık bir araştırma problemini çözmek için çok benzersiz bir işbirliği olduğuna" dikkat çekti.

UCSF beyin cerrahisi asistanı Dr. John Andrews, dokuyu beyni yıkayan beyin omurilik sıvısına benzeyen bir besin ortamına yerleştirdi. UC Berkeley Biyomoleküler Mühendisi Dr. David Schaffer, genleri ileten AAV'yi tanımladı. Doç. Dr. Teodorescu, nöronların elektriksel aktivitesini kaydetmek ve dokuya ışık darbeleri iletmek için bir uzaktan kumanda sistemi tasarladı.

Araştırma ekibi, "hiperaktiviteyi tetikleyen çeşitli koşullar altında yüksek yoğunluklu mikroelektrot dizilerinde kaydedilen insan hipokampal dilimlerinin ağ ateşleme oranlarında AAV aracılı, optogenetik azalmalar" olduğunu gösterdi. Bir nöbeti başlatmak için hangi tür ve kaç adet nörona ihtiyaç duyulduğunu artık görebiliyorlardı. Böylece canlı beyin dilimlerindeki nöronların elektriksel aktivitesini değiştirmek için gereken en düşük ışık yoğunluğunu belirlediler. Araştırmacılar ayrıca nöronlar arasındaki etkileşimlerin nöbeti nasıl engellediğini de görebiliyorlardı.

Orijinal makale erişim sayfası: https://www.nature.com/articles/s41593-024-01782-5