اپتوژنتیک: تفاوت میان نسخه‌ها

'''اپتوژنتیک''' {{به انگلیسی|Optogenetics}} به پیشرفت تکنیک‌های [[تصویر برداری]] در قرن اخیر، مطالعه و بررسی عملکردهای مغزی را سرعت بخشیده‌است و تکنولوژی اپتوژنتیک قدمی است به سوی بررسی‌های دقیق تر. روش‌ها و ابزار تک مولفه‌ایمؤلفه‌ای قابل اعتماد که بتوانند تنها یک اپسین (ترکیبی که شامل بخش پروتئینی شبکیه می‌باشد) را هدف قرار بدهند و هم چنین میزان حساسیت نوری از عناصر مهم در این روش هستند که امکان مطالعه عملکرد دقیق و خاص [[سیستم عصبی]] را ایجاد می‌کنند.

اپتوژنتیک همان‌طور که از اسمش پیداست استفاده همزمان از اپتیک و ژنتیک برای تشخیص عملکرد سلول‌های خاص در بافت‌های زنده می‌باشد. به طوربه‌طور مثال ژنهای اپسینی- میکروبی می‌توانند برای کنترل نوری عملکردهای تعریف شده‌ای در مجموعه‌ای از [[سلول‌های عصبی]] استفاده شوند. برای اپتوژنتیک نیاز است به ۱) وسایل مهندسی که بتوانند به طوربه‌طور دقیق [[سلول]]های خاص را هدف قرار دهند)۲ تکنولوژی انتقال نور و ۳)روش‌های کنترل اپتیکی با قابلیت بازخوانی سریع اطلاعات (مانند ارگان‌های فلورسنت یا شاخص‌های ژنتیکی کدگذاری شده، ثبت الکتریکی، سیگنال fMRI یا آنالیز کمیتی رفتارها).

ردپای مفاهیم اولیه به کارگیری اپتوژنتیک به دهه ۱۹۷۰ برمی گردد. در سال ۱۹۷۹، Crikc Francis با توجه به پیچیدگی مغز پستانداران دریافت که الکترودها نمی‌توانند به طوربه‌طور واضح بین انواع مختلف سلولها تفاوت قائل شوند و چالش بزرگ [[عصب شناسی]] نیاز به کنترل دقیق یک سلول خاص بدون تأثیرگذاری بر روی سلولهای دیگر می‌باشد. اوپیشنهاد کرد که استفاده از نور می‌تواند ابزار مناسبی باشد، اما دربارهٔ چگونگی آن هیچ ایده‌ای نداشت. چند سال قبل از این تاریخ در تحقیقی کاملاً جداگانه اپسین‌هایی کشف شدند که به نور به صورت تک مولفه‌ایمؤلفه‌ای و. با وجود این که اپسین‌های میکروبی به خوبی شناسایی شده بودند و پاسخ تک مولفه‌ایمؤلفه‌ای آن‌ها به نور ثابت گردیده بود اما به دلایل مختلفی از قبیل وجود فرض‌هایی چون کم بودن جریان [[فوتون]]ی و کند بودن آن برای کنترل مؤثر، ضعیف بودن [[پروتئین]]های میکروبی غشایی یا سمی بودن آن‌ها و مهم تر از همه این فرض که عامل‌های خارجی اضافه شده باید به تمام بافت‌های مورد آزمایش اضافه گردند سبب توقف بیشتر تحقیقات در این زمینه شد. تا این که در تابستان ۲۰۰۵ گروه بزرگی از اپسین‌های میکروبی انتقال دهنده یون‌ها شناخته شدند که همگی ثابت می‌کردند امکان کنترل اپتیکی نورون‌ها در پستانداران وجود دارد و می‌توان از این اپسین‌ها به عنوان ابزاری در اپتوژنتیک استفاده کرد. همچنین با پی بردن به وجود رتینوید در مقادیر زیاد در بافت‌های اولیه و در شبکیه، خیلی زود کشف شد که مغز پستانداران بالغ و قطعاً سایر بافت‌های [[ستون فقرات]] دارای میزان کافی از ژن‌های میکروبی اپسینی برای تعریف استراتژی تک مولفه‌ایمؤلفه‌ای می‌باشد. واکنش نشان می‌دادند.

اپتوژنتیک به طوربه‌طور ساده به معنای برانگیختگی نوری یا بازداری نوری سلول‌های هدف نیست، بلکه اپتوژنتیک باید دستور انجام دادن یا ندادن یک فعالیت خاص را به سلول برساند؛ بنابراین به دقتی از مرتبه [[میلی ثانیه]] نیاز می‌باشد و این میزان از دقت باید قابل استفاده در سیستم‌های سالم مانند مغز پستانداران که آزادانه حرکت می‌کنند؛ باشد. تمام تلاش‌های اولیه برای کنترل اپتیکی شامل روش‌هایی بود که محدودیت‌های زیادی به همراه داشت از قبیل چند مولفه‌ایمؤلفه‌ای بودن، ویژگی زمانی بالا یا نیاز به تابش نور فرابنفش با شدت بالا که همگی سبب می‌شد تا نتوان این روش‌های را در پستانداران به کار گرفت. [[ژن]]های اپسینی تک مولفه‌ایمؤلفه‌ای نیز در ابتدا با وجود بهتر بودن، هنوز هم مشکلاتی را به همراه داشتند از عدم کنترل کافی گرفته تا ایجاد مسمویت و چالش‌های موجود برای رساندن نور به بافت زنده؛ بنابراین برای انجام این فرایند نیاز به تکنولوژی‌های پیشرفته‌ای بود، که در طی چند سال و با پیشرفت‌های مهندسی بسیاری از آن‌ها برطرف گردید.

از آنجا که ابزارهای اپتوژنتیکی پیوسته از لحاظ ایمنی و بازدهی در حال بهینه شدن هستند، یک آزمایش عصب شناسیعصب‌شناسی موفق نیازمند روش متناسب [[هدف گیری]] بافت زنده با ابزار اپتوژنتیک می‌باشد. روش‌های معمول رساندن ابزار اپتوژنتیک به بافت زنده عبارتند از

[[جریان نوری]] ناشی از یک پالس نوری در نورون به عوامل مختلفی از قبیل ویژگی اپسین مورد استفاده، طول موج نور، شدت و مدت تابش نور و حتی تاریخچه تابش‌ها (به طوربه‌طور مثال اگر تعداد سلول‌های حساس به نور در ابتدا کمتر باشد یا تعداد کمتری به حالت تطابقی سیاه بازگردند میزان پاسخ عبوری به نور اولیه کمتر خواهد بود گرچه در [[حالت پایه]] ممکن است جریان فوتون‌ها ثابت باقی بماند) بستگی دارد. در تمام حالت‌ها میزان جذب فوتون‌های یک طول موج خاص متناسب با جریان محلی فوتون هاست و در طراحی وسایل رساننده نور برای فعال سازی رودوپسین این مهمترینمهم‌ترین پارامتر برای [[اندازه‌گیری]] و کنترل است. میزان عبور نور در بافت‌های بیولوژیکی وابسته به میزان جذب و پراکندگی است و پراکندگی در چربی غلاف عصب نقش مهمی در بافت مغز دارد. همچنین هر چه طول موج بیشتر باشد پراکندگی کاهش می‌یابد و میزان نفوذ نور بیشتر خواهد بود. در آزمایش‌هایی که نیاز به تابش بر روی چند منطقه می‌باشد یا منطقه مورد نظر دور از محل تصویربرداری است، می‌توان از یک منبع نوری جفت شده با [[فیبر نوری]] که بر روی یک بازوی میکرومکانیکی قرار دارد برای تابش روی بافت استفاده کرد. لیزرها نیز می‌توانند در سرراه نوری میکروسکوپ جفت شوند و از لحاظ اپتیکی میدان دید را گسترش دهند.

پیشرفت‌های اپتوژنتیک دریچه جدیدی را نه تنها در عصب شناسیعصب‌شناسی که در سایر بخش‌ها مانند ماهیچه‌ها، رگ‌های شریانی و رشد سلول‌های جنینی باز کرده‌است. همچنان که به [[مدل سازی]] بیماری‌هایی چون [[پارکینسون]]، اضطراب، انحطاط شبکیه، تنفس و افسردگی کمک بسیاری کرده‌است. دقت زمانی که به وسیله استفاده از نور در روش اپسین – میکروبی تک مولفه‌ایمؤلفه‌ای فراهم می‌گردد، مهمترینمهم‌ترین ویژگی این روش می‌باشد. در واقع رخ دادن یک عملکرد خاص در یک سلول ویژه در میان جمعیت سلولها در یک زمان مشخص بسیار مهم می‌باشد. همچنین وجود گروه بزرگی از ابزارهای اپتوژنتیکی به خواص الکتریکی و بیوشیمیایی خاص سبب پیشرفت‌های زیادی در دستیابی به اهداف مورد نظر در اپتوژنتیک گشته‌است.