optogenetisk

Optogenetik är ett tvärvetenskapligt fält inom neurovetenskap och molekylärbiologi som använder ljuskänsliga proteiner som uttrycks i specifika celler för att kontrollera deras aktivitet med ljus, ofta med millisekundprecision. Genetisk targeting gör det möjligt att uttrycka proteinerna i utvalda celltyper, så att ljus kan depolarisera eller hyperpolarisera celler utan kemiska stimuli.

De vanligaste ljuskänsliga proteinerna hämtas från alger och arkéer. Channelrhodopsin-2 (ChR2) öppnas vid blått ljus och depolariserar celler; halorhodopsin (HR) och archaerhodopsin (Arch) hyperpolariserar genom att transportera joner och därigenom hämmar aktivitet. Nya röda spektrum-varianter, som ChrimsonR, möjliggör ljus som tränger djupare in i vävnad.

Metoderna innefattar genetisk konstruktion med virala vektorer (t.ex. AAV), leverans till målvävnad och användning av promotorer eller recombinasystem (t.ex. Cre-lox) för celltypsspecifikt uttryck. Ljuset levereras vanligtvis med tunna optiska fibrer eller implantat nära målområdet; vid in vitro-studier används ofta externa ljuskällor.

Historiskt kom optogenetikens första effektiva demonstrationer i mitten av 2000-talet med Channelrhodopsin-2, vilket visade millisekundprecisions kontroll av neuroners aktivitet. Sedan har tekniken utvecklats och blivit bredt använd inom grundforskning för att studera neurala kretsar, perception och beteende, samt i utvecklingen av terapeutiska tillämpningar, bland annat visionåterställning hos vissa blindpatienter där retina får uttryck av ljuskänsliga proteiner.

Begränsningar inkluderar krav på genetisk manipulation och ljusleverans i vävnad, potentiell immunrespons, begränsad ljuspenetration i djupare strukturer samt etiska och regulatoriska överväganden.