Optogenética
L'optogenética és la combinació de métodos genètics i òptics per a controlar events específics en certes cèlulas de teixits vius, inclús de mamífers i d'atres animals, en la precisió temporal necessària (en l'escala temporal del milisegon) per a mantindre el ritme intacte de funcionament dels sistemes biològics. La raó d'este control tan ràpit i precís residix en l'us de la llum com a agent inductor.[2]
La optogenética comprén el desenroll de proteïnes sensibles a la llum (naturals o modificades químicament), les estratègies per a introduir els gens que codifiquen dites proteïnes en les cèlules o teixits diana i, per últim, la generació de sistemes de detecció dels canvis de comportament produïts en dites cèlules i teixits.[2]
Estes tècniques són especialment útils per a la seua ocupació en l'investigació en neurociencias, a on no existien métodos d'estudi que permeteren l'estudi in viu de cèlules individualisades.
Fonaments
Els métodos optogenéticos es basen en l'introducció de gens exógenos que codifiquen proteïnes sensibles a la llum en certes cèlules. Estes proteïnes permeten modificar el comportament a nivell celular per mig de la presència o absència de llum. L'idea clau és la fusió en una proteïna de dominis que absorbixen la llum en dominis efectors, capaços d'una funció. Aixina s'han creat variants sensibles a la llum de proteïnes efectoras fusionades en proteïnes fotosensibles.
L'ocupació de opsinas procedents de microorganismes (bactèries) i la seua adaptació per a la seua utilisació com a interruptors celulars ha permés una alvanç important d'estes tecnologies. Estes opsinas combinen un domini sensible a la llum i un canal iònic en la mateixa proteïna.[2] Aixina, són necessaris quatre etapes en un estudi optogenético:[4]
- Desenroll de proteïnes fotosensibles, modulant el potencial de membrana i dirigint la senyalisació celular;
- Conducció de gens a la cèlula diana, per mig de transfección, transducció viral o creació de llínees animals transgèniques;
- Allumenament controlat; i
- Anàlisis dels resultats obtinguts.
Materials per a aplicació òptica
Un atre factor necessari és el materials (per eixemple, fonts de llum de fibra òptica i semiconductoras integrades) per a permetre que tipos específics de cèlules, inclús profundes en el cervell, siguen controlades en animals que es comporten lliurement.
En molta freqüència, este últim es porta a terme ara utilisant la tecnologia de diodos d'acoplament de fibra òptica introduïts en 2007,[5] pero per a evitar l'us d'electrodos implantats, els investigadors han ideat mijos per a inscriure una "finestra" de circonia que ha segut modificat per a ser transparent i implantat en els cràneus de les rates, per a permetre que les ones òptiques penetren més profundament per a estimular o inhibir les neurones individuals.[6]
Per a estimular àrees superficials del cervell com la corfa cerebral, es poden montar fibres òptiques o LED directament en el cràneu de l'animal. S'han utilisat fibres òptiques més profundament implantades per a proporcionar llum a àrees més profundes del cervell. Ademés dels enfocaments de fibra òptica, s'han desenrollat tècniques completament inalàmbriques utilisant una font d'alimentació inalàmbrica en LED portàtils per a l'estudi sense traves de comportaments complexos en organismes de lliure comportament.
El progrés recent sobre l'us de LED orgànics (OLED) com a estímuls per a la optogenética.[7] L'operació en modo pulsat permet l'estimulació neural en una regió de temperatura compatible. El control precís i controlat de l'estimulació de les neurones opresivas microbianas s'ha demostrat in vitro en una escala de temps de l'orde d'un milisegon. Ademés, els diodos emissors de llum orgànics (OLED) són adequats per a l'implantació en el cervell per la seua gruixa molt prima, que pot ser inferior a 1 μm.[7]
Referències
- ↑ Husson, S. J.; Liewald, J. F.; Schultheis, C.; Stirman, J. N.; Lu, H.; Gottschalk, A. (2012). "Microbial Light-Activatable Proton Pumps as Neuronal Inhibitors to Functionally Dissect Neuronal Networks in C. elegans". In Samuel, Aravinthan. PLoS ONE, 7 (7): i40937. doi:10.1371/journal.posa.0040937. PMC 3397962. PMID 22815873
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Optogenética
- Archivat el 4 de giner de 2014 archivat en Wayback Machine.. Medicina molecular FIBAO.
- ↑ Baratta M.V., Nakamura S, Dobelis P., Pomrenze M.B., Dolzani S.D. & Cooper D.C. (2012) Optogenetic control of genetically-targeted pyramidal neuron activity in prefrontal cortex. Nature Preceedings, 2 d'abril de 2012, doi=10.1038/npre.2012.7102.1 http://www.neuro-cloud.net/nature-precedings/baratta
- ↑ La Optogenética. La Salut i la Medicina, 20 de decembre de 2010
- ↑ Aravanis, Alexander M; Wang, Li-Ping; Zhang, Feng; Meltzer, Leslie A(1 de setembre de 2007).«An optical neural interface: in viu control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology».Journal of Neural Engineering.4(3): S143–S156.ISSN 1741-2560.doi:10.1088/1741-2560/4/3/S02.Consultat el 29 de juny de 2020.
- ↑ Damestani, Yasaman; Reynolds, Carissa L.; Szu, Jenny; Hsu, Mike S.(2013-11).«Transparent nanocrystalline yttria-stabilized-zirconia calvarium prosthesis».Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine.9(8): 1135–1138.doi:10.1016/j.nano.2013.08.002.Consultat el 29 de juny de 2020.(en en)
- ↑ 7,0 7,1 Matarèse, Bruno F. E.; Feyen, Paul L. C.; de Mello, John C.; Benfenati, Fabio(22 d'octubre de 2019).«Sub-millisecond Control of Neuronal Firing by Organic Light-Emitting Diodes».Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.7: 278.doi:10.3389/fbioe.2019.00278.Consultat el 29 de juny de 2020.
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Optogenética» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.