Optogenetiikka

Optogenetiikka on tutkimus- ja teknologia-ala, jossa solujen toiminta säädellään valon avulla muuntamalla niiden geeniperimää siten, että ne tuottavat valonherkkiä proteiineja, opsiineja. Nämä proteiinit ovat ionikanavia tai ionipumppuja, jotka avautuvat tai sulkeutuvat tietyn valon aallonpituuden vaikutuksesta, jolloin solun sähköinen tila muuttuu.

Käytännössä optogenetiikka yhdistää kahden tyyppisiä tekniikoita: geenien muokkauksen ja valon toimittamisen kohdesoluissa. Soluille tuotetaan opsiineja virusten avulla tai muulla geneettisellä tavalla, usein spesifioiden ilmaisua tietyille solutyypeille käyttämällä valittuja promotoreita. Valon tuottamiseen käytetään millaisia kuin LED- tai kuituoptisia järjestelmiä sekä optrodeja, joiden kautta valo ohjataan syvälle kudoksiin.

Yleisimpiä opsiiniaineita ovat Channelrhodopsin-2 (ChR2), joka depolarisoi solun sinisellä valolla avaten cationkanavia, sekä halorhodopsin (NpHR) ja archaerhodopsiinit, jotka hyperpolarisoivat solua valon vaikutuksesta. Kehitettyjä versiota on useita, esimerkiksi punakaikaisiin valonauksiin soveltuvia Chrimson-tyyppisiä opsiineja, joiden käyttö mahdollistaa syvemmän kudoksen valon hyödyntämisen. Optogenetiikkaa täydentävät usein hermoston seuranta-tekniikat, kuten Ca2+-indikaattorit ja seurantaelektroni.

Sovellukset vaihtelevat perustutkimuksesta kliinisiin suuntiin. Tutkimuksessa optogenetiikka on tarjonnut tarkkaa ajastusta ja kohdentamista hermosoluille, mikä on edistänyt ymmärrystä aivojen verkostoista. Retinitis pigmentosa ja muuta näköä koskevat ongelmat ovat olleet tutkimuksen etenemisessä innostavia, ja optogenetiikkaa kokeillaan terapeuttisesti, vaikka käytännön hoitomuot ovat pääosin kokeellisia. Haasteisiin kuuluvat valon syöttöaineksen tehokkuus syvällä aivossa, kudoslämmön ja fototoksisuuden riskit sekä pitkän aikavälin ilmaisun turvallisuus. Historiallisesti optogenetiikka yleistyi 2000-luvun lopulla, ja 2010-luvulla sille myönnettiin merkittävä tunnustus fyysisen lääketieteen alalla, mikä korosti sen mullistavaa vaikutusta neurotieteisiin.