Yılın Yöntemi Seçilen “Optogenetik Tedavi” Birçok Soruya Çözüm Olabilir

Beynin dilini anlamaya çalışmak! Beyin, on milyarlarca nöronun birbiriyle bağlantılı olduğu karmaşık bir sisteme sahiptir. Yaptığımız her fiziksel ya da zihinsel aktiviteler sinir sistemimizdeki sinir
hücrelerinin birbirleri ile kurduğu bağlantı sayesinde gerçekleştirilir.

Vücudumuzun çeşitli noktalarından beynimize saniyede milyonlara kez sinyal ve ileti gittiğini düşünürsek sistemin ne denli karmaşık olduğu anlaşılabilir.

Bu karmaşıklığı çözebilmek adına bilim insanları genetik mühendislik tekniklerini kullanarak optogenetik adı verilen, belirli biyolojik süreçleri yönlendirmek ve izlemek için genetik ve optik teknolojileri bir araya getiren, hücrelerin manipüle edilmesini esas alan disiplinlerarası bir araştırma alanı geliştirdiler.

Optogenetik sayesinde, hücreye gen aktarılıp, ışığa duyarlı hale getirilmiş hücreler, ışık ile kontrol edilebilir hale getirilmesi amaçlanmıştır. Optogenetikle belirli bir zaman diliminde, belirli bir hücredeki tek bir olayı inceleme şansı ortaya çıkmaktadır.

Yani kısacası; Işık ve genetik ile beyin hücrelerini araştıran ve beyin hücrelerini ışık ile kontrol etmeye yarayan yeni bilim dalı oluşturulmuştur.

Bu yöntem, 2010 yılında Nature Strategies tarafından tüm bilim yöntemleri arasından “ yılın yöntemi” seçilmiştir.

Tekniğin temeli, opsin protein grubunun üstünde yapılan çalışmalara dayanır. 1979’da yayınlanan Scientific American makalesinde Nobel ödüllü Francis Crick, sinirbilimdeki en önemli zorluğun, beyindeki bir tür hücreyi kontrol etmenin, diğerlerini değiştirmeden değiştirmenin gereği olduğunu ileri sürmüştür.

Crick’in ortaya attığı bu sorunu çözebilmek için, mikrobiyal opsin genlerine dayalı olarak optogenetik yöntemler geliştirilmiştir.

Opsin genlerinden üretilen ışığa duyarlı proteinlerin (bacteriorhodopsin,halorhodopsins, channelrhodopsin) kullanılmasıyla hedeflenen canlı hücrelerin davranışları ışık kullanılarak kontrol edilir.

Opsin proteinleri hücre zarına gömülmüş yapısal proteinler olup hücre içi ve dışı iyon (pozitif ve negatif yüklü atomlar) geçişinde görev alırlar; bir nevi kapı işlevi görürler. Bu kapıların açılıp kapanması, opsin proteinin belli dalga boyunda ışığa maruz kalması ile kontrol edilebilir ve yapılan alışveriş sonucunda sinir hücrelerinin uyarılması kontrol edilir.

Sinir hücrelerinin uyarılması normalde (uyarılmamış halde) negatif elektrik yüklü hücre içinin, iyon alışverişi sayesinde, pozitif yüklenmesi yoluyla gerçekleşir. İyon alışverişinin tetiklenmesi, bir sinir hücresinin diğerine gönderdiği kimyasal iletiler ile tetiklenir.

Opsin proteinleri geçişini kontrol ettikleri iyon çeşidine göre sinir hücrelerinin uyarılmasını tetikledikleri gibi buna engel de olabilirler.

Örneğin, yeşil alglerde (geneli tek hücreli ve suda yaşayancanlılar) keşfedilen “channelrhodopsin” denen opsin grubu pozitif elektrik yüklü iyonları hücre içine alarak sinir hücrelerini uyarırken, arkealarda (ilkel bakteriler) keşfedilen “halorhodopsinler” negatif elektrik yüklü iyonları hücre içine alarak sinir hücrelerinin uyarılmasına engel olurlar.

Optogenetik tekniği kullanılarak bilim insanları beyni anlamamızda önemli buluşlara imza attılar. 2008’de yapılan bir çalışmada Volvox carteri adlı bir alg türündenki channelrdopsin geninin sarı ışığa yanıt verdiği keşfedilmiştir.

Daha önce üzerinde çalışılan opsin genlerinin ise mavi ışığa yanıt verdiği görülmüştür. Bu durumda VChr1 (sarı ışığa yanıt veren gen) ve diğer channellrodopsin genleri kullanılarak, karışık bir hücre popülasyonu eş zamanlı olarak kontrol edilebilir.

Böylece sarı ışık verilerek bir tip, mavi ışık verilerek de diğer tür hücreler kontrol edilebilir. Örneğin, Yale Üniversitesi’nden Xiaobing Zhang ve Anthony N. van den Pol bu tekniği kullanarak aşırı yemek yeme bozukluğuna sebep olan sinir devresini buldular.

2017 Mayıs ayında Science dergisinde yayımlanan ve fareler üzerinde yapılan çalışmada, beynin “zona incerta”
denen bölgesindeki sinir hücrelerinin “paraventrükülar talamus” bölgesindeki sinir hücrelerine açlık anında “yemek ye” sinyalini ilettiği gösterildi.

Araştırmacılar lazer ışını göndererek beynin zona incerta bölgesindeki sinir hücrelerini yapay yolla aktive edip farelerde aşırı yemek yeme dürtüsünü tetiklediler. Fareler normalde 24 saatte tükettikleri yemeğin %35’ini sadece 10 dakika içerisinde tükettikleri gözlemlendi.

Bu sinir hücrelerinin düzenli bir şekilde ışık kontrolü ile uyarılması sonucu fareler aşırı yemek yeme eğilimine devam etmiş, özellikle yağ oranı yüksek yiyeceklere ilgi göstermişler ve kilo almışlardır.

NÖROPSİKİYATRİDE OPTOGENETİK

Optogenetik yöntemi dikkat eksikliği, hiperaktivite gibi psikiyatrik rahatsızlıklarda dikkat ve odaklanmada tedavi sağlayabilmektedir.

Karl Deisseroth “İnsan beynindeki milyonlarca nöronların ve sayısız alt gruplar ve birbirinden ayrılan farklı hücre popülasyonları bulunur. Optogenetik gibi teknikleri kullanarak bu tip nöronların ne zaman, nasıl ve niçin kullanacağını haritalayabiliriz.

Bu bulgular gününüzde bize beynin sırlarını çözmede, hastalıkların, davranışların ve belleğin kökenini daha iyi
anlamada bir adım daha ileri götürmektedir.” der.

Optogenetik; parkinson, epilepsi ve görme kaybı da dâhil olmak üzere çeşitli nörolojik bozuklukların
altında yatan mekanizmalar ve optogenetik terapiler için yeni stratejilerin gelişimine katkı sağlamaktadır.

Özellikle optogenetik çalışmalar, yakın gelecekte insanlarda gerçek görsel yenilenme sağlayabilir ve rejeneratif tıp alanında yeni sınırlara ulaşabilir.

Şu anda birçok rahatsızlığın sebebinin beyinsel kaynaklandığını gösteren bilgiler mevcuttur.Son
yıllarda optogenetik uygulamalar, nöropsikiyatrik hastalığa yönelik sorulara bir çözüm odağı haline gelmiştir.

Optogenetik teknolojinin, psikiyatri ile özel bir ilişkisi vardır. Özellikle, psikiyatride sinirsel iletişim yollarının işlevsel hale gelmesinde etkilidir.

Optogenetik teknolojiler davranış, psikoloji, görüntüleme, elektrofizyoloji ve farmakoloji alanları ile bütünleşmiştir (Deisseroth, 2012).

Optogenetik, sadece sağlıklı beynin nöronal bağlantılarını ve işlevini değil aynı zamanda psikiyatrik bozukluklara yol açan nöronal değişiklikleri anlamamızı sağlamıştır.

Uyku-uyarılma, korku, kaygı, depresyon, şizofreni, sosyal ve agresif davranışlarla ilgili psikolojik bozuklukların temelindeki farklı beyin devrelerini araştıran optogenetik çalışmalar ele alınmıştır.

Sonuç;

Optogenetik, tedavi edici yöntemlere dönüştürülebilmesi için henüz başlangıç aşamasındadır.
Aynı zamanda sinir bilimindeki cevaplanmamış birçok soruya çözüm bulabilir (G ve ark. 2013).

Optogenetik sadece biyolojik çalışmaların konusu olmasının dışında klinik yöntemler açısından da önemli vaatleri bulunan bir metottur.

Sadece sinirbilimi alanına bağlı kalmayıp diğer alanlarda da (kalp fizyolojisi, görme tedavisi, motor kontrol, ağrı ve somatosensöriyel transdüksiyon, hücre zarı, akson miyelin kalınlığı ve oligodentrosit çoğalması, hücre sinyal yolları, spesifik hücresel olayların aktivasyonu, genom ve epigenom kontrolü) büyük umutlar vaat etmektedir.

Bize ve hayata katkısı olsun…

Derleyen: Kübra ÇETİNKOL SARIÇAM

Kaynaklar:
noroblog.web
biomedya.com
dergipark.org
e-psikiyatri.com

/Yılın Yöntemi Seçilen “Optogenetik Tedavi” Birçok Soruya Çözüm Olabilir /