Optogeneettisiä

Optogeneettisiä menetelmiä ovat teknologiat, joiden avulla solujen toiminta voidaan säätää valon avulla geneettisen muokkauksen kautta. Tämän lähestymistavan ytimessä ovat valonherkät proteiinit, opsiinit, joita ilmentämällä tietyt solut voivat reagoida valoon. Yleisimpiä proteiineja ovatChannelrhodopsin-2 (ChR2), joka aktivoi solun toimintaa valon tapahtuessa, sekä halorhodopsiini (NpHR) ja archaerhodopsiini (Arch), jotka voivat estää toimintaa. Opsiinien ilmentäminen tapahtuu geneettisesti virusten, kuten AAV:n, välityksellä tai transgeenisten eläinlinjojen avulla. Kohdentaminen soluihin tapahtuu promoottereilla tai muilla genetiikan keinoilla, jolloin esimerkiksi tietyn solukategorian neuronit voidaan valita erikseen.

Toimintaperiaate perustuu siihen, että valon saamalla opsiin muuttuu solun sähköinen tilanne. Esimerkiksi ChR2 avaa Na+-kanavia, mikä johtaa depolarisaatioon ja mahdolliseen toimintopotentiaaliin; halorhodopsiini ja Arch aiheuttavat hyperpolarisointia, jolloin solun aktiivisuus vähenee. Eri valon aallonpituudet mahdollistavat usean eri operatiivisen tilan samanaikaisen käytön ja jopa bidirektionaalisen kontrollin.

Käyttökohteita ovat erityisesti neurotieteet: optogeneettiset menetelmät mahdollistavat tarkkaan ajoitettujen soluryhmien manipuloinnin, kartoituksen ja käyttäytymisen vaikutusten tutkimisen. Niitä on sovellettu myös verkkokalvon, sydämen ja muiden elinjärjestelmien tutkimukseen eläimillä. Tekniikka vaatii tehokasta valon toimitusta kudokseen – esimerkiksi kajoavan fiber-optisen johtimen tai pienikokoisten LED-laitteiden avulla – sekä harkintaa ilmentymisen tarkkuuden, kudoslämmön ja immuunivastuksen suhteen. Klinisiä sovelluksia tutkitaan yhä, ja eettiset sekä turvallisuuskysymykset ovat keskeisiä rajoitteita.