Optogenetica

Optogenetica este o tehnologie relativ nouă, care a revoluționat domeniul cercetării biologice, ce poate fi folosită pentru a manipula activitatea celulelor cu ajutorul luminii. Considerată de către conspiraționiști drept o modalitate prin care ar fi posibilă controlarea minții umane prin intermediul luminii, optogenetica este, de fapt, o tehnologie foarte utilă în cercetarea științifică și medicală, pentru a înțelege funcționarea organismelor vii și pentru a dezvolta tratamente noi pentru diverse afecțiuni.

Optogenetica permite controlul și monitorizarea activității neuronilor și a altor celule din organismele vii cu o precizie ridicată, fiind folosită în cercetarea medicală pentru a înțelege mai bine funcționarea sistemului nervos și a patologiilor asociate cu acesta, cum ar fi bolile neurodegenerative sau tulburările psihice. Optogenetica este, de asemenea, utilizată în cercetarea cancerului, a bolilor cardiovasculare și în dezvoltarea terapiilor genice și celulare pentru tratarea unor afecțiuni. (1, 2)

Ce este și cum a apărut optogenetica?

Optogenetica este o tehnologie de biologie sintetică descoperită de către cercetătorii Karl Deisseroth și Ed Boyden, dezvoltată prin combinarea tehnologiei genetice și a opticii, care utilizează genele și proteinele fotosensibile pentru a controla activitatea neuronilor și a altor celule din organismele vii cu ajutorul luminii. Prin intermediul optogeneticii, se poate utiliza o sursă de lumină pentru a activa sau inhiba celule specifice care au fost modificate genetic pentru a produce proteine fotosensibile. Proteinele în cauză ​​pot fi activate sau dezactivate în funcție de culoarea și intensitatea luminii utilizate, ceea ce permite manipularea activității celulare cu precizii ridicate. (4, 5)

Cum funcționează optogenetica?

Optogenetica se bazează pe utilizarea proteinelor sensibile la lumină, produse de către opsinele microbiene (gene ale organismelor unicelulare), pentru a declanșa o reacție electrică în celule prin expunerea acestora la o anumită lungime de undă a luminii. Printr-un proces numit transducție virală sau prin alte metode de transfer de gene, opsinele sunt direcționate în celulele țintă, pentru ca ulterior, cu ajutorul luminii, celulele să fie activate sau inhibate. Prin schimbarea tipului de opsină utilizată și a lungimii de undă a luminii, cercetătorii pot controla diferite tipuri de celule și pot manipula activitatea acestora în diverse moduri. (2, 3)

În ce ramuri ale medicinei este utilizată optogenetica?

Optogenetica este utilizată pentru a investiga diverse aspecte ale biologiei celulare, precum și pentru a dezvolta noi terapii pentru diverse afectiuni. Optogenetica are potențialul de a revoluționa tratamentul afecțiunilor cerebrale, precum epilepsia, depresia sau Parkinson, fiind folosită însă în multe alte domenii, precum:

• oncologie (optogenetica poate fi utilizată pentru a controla expresia genelor și a proteinelor implicate în dezvoltarea cancerului, în speranța dezvoltării unor terapii mai eficiente și mai precise pentru tratarea cancerului);
• cardiologie (optogenetica poate fi utilizată pentru a manipula activitatea celulelor cardiace și a altor celule implicate în bătăile inimii);
• imunologie (optogenetica poate fi folosită pentru a manipula activitatea celulelor imune în organism, cu scopul dezvoltării unor tratamente noi pentru boli autoimune și pentru alte afecțiuni imunologice).

De asemenea, optogenetica este folosită în prezent în genetica și terapia celulară (pentru a controla expresia genelor și a proteinelor), endocrinologie (pentru a controla secreția de hormoni din glandele endocrine) sau oftalmologie (pentru a manipula activitatea celulelor din ochi), printre altele. (2, 5)

Riscurile asociate cu utilizarea optogeneticii și limitări ale tehnicii

Utilizarea optogeneticii în cercetarea științifică și medicală este în general considerată sigură. Cu toate acestea, există unele riscuri și limitări asociate cu această tehnică. Unul dintre riscurile majore este legat de introducerea genelor opsinelor în celulele țintă, ceea ce poate provoca reacții imune sau alte efecte adverse în organism. De asemenea, folosirea unei surse de lumină prea puternice poate deteriora celulele și țesuturile din organism.

O altă limitare importantă a optogeneticii este că poate fi utilizată doar pe celule care pot fi accesate cu ajutorul luminii, ceea ce înseamnă că nu poate fi utilizată pentru a manipula activitatea celulelor din țesuturile dense sau inaccesibile. De asemenea, mai sunt și alte limitări legate de utilizarea optogeneticii, cum ar fi costurile ridicate ale echipamentelor necesare, precum și limitările legate de capacitatea de a genera și exprima opsinelor în anumite celule. (1, 2, 5)

Direcții viitoare

Deși optogenetica este o tehnologie relativ nouă, în prezent se desfășoară multiple cercetări în această direcție, oamenii de știință fiind în căutarea unor noi tehnologii și aplicații care să permită o controlare mai precisă a activității celulare și o înțelegere mai bună a proceselor biologice din organismele vii. Studiile desfășurate în prezent sugerează posibilitatea ca optogenetica să poată fi utilizată pentru a dezvolta noi terapii pentru cancer, prin controlul selectiv al activității celulelor canceroase sau prin stimularea sistemului imunitar să distrugă celulele canceroase.

De asemenea, optogenetica ar putea fi utilizată în viitor pentru a dezvolta țesuturi artificiale mai complexe și mai funcționale, prin controlul selectiv al activității celulelor în timpul dezvoltării acestor țesuturi. În cardiologie, extinderea cercetărilor la modele animale mai mari, cum ar fi porcul, care ar imita mai bine anatomia inimii umane, ar putea îmbunătății performanțele atât a instrumentelor de inginerie genetică, cât și a sistemelor optice. (2, 5, 6)