מח

ראו הארה: אופטוגנטיקה – כלי למיפוי מנגנונים מוחיים

אופטוגנטיקה היא כלי מחקרי חדשני, המאפשר, בשילוב עם שיטות נוספות, חקר של מנגנונים מוחיים המעורבים בהפרעות כגון חרדה, דיכאון, התמכרות, אוטיזם ומחלת פרקינסון

מיפוי מנגנונים מוחיים וכן הפרעות במנגנונים אלו, הגורמות להפרעה בתפקוד התנהגותי, יאפשרו הבנה טובה יותר של הפרעות פסיכיאטריות ונוירולוגיות שונות. אולם השגתו של מיפוי כזה היא מאתגרת.

אופטוגנטיקה היא כלי מחקרי חדשני, המבוסס על שימוש בחלבונים חיידקיים הנקראים Opsins או בחלבונים דומים להם, ליצירת שינויים בפעילות נוירונים באמצעות שימוש באור. התפתחויות בתחום זה מאפשרות כיום מניפולציה של פעילותם של תאים מסוימים בתזמון מדויק – ברקמות שלמות ואף בחיות מתנהגות.

מוח (אילוסטרציה)

מוח (אילוסטרציה)

שילוב של אופטוגנטיקה עם שימוש ב-fMRI (המכונה ofMRI), מאפשר הן לתקף את הבסיס לשימוש ב-fMRI, והן לבחינה של השפעות המניפולציה האופטוגנטית על הפעילות המוחית הכללית. מספר מחקרים שעשו שימוש בשיטה זו השיגו התקדמויות חשובות במיפוי מנגנונים מוחיים, כמו למשל זיהוי תפקידן של שכבות קורטיקליות מסוימות בפעילות המוחית הכללית.

ה-Opsins הראשונים אפשרו יצירה של פוטנציאלי פעולה, או לחלופין היפר-פולריזציה של קרום התא לעיכוב פוטנציאלי פעולה – בתזמון מדויק. Opsins חדשים יותר מאפשרים מניפולציות מורכבות יותר, המדמות טוב יותר את הפעילות הפיזיולוגית של תאי העצב – כגון שפעול חלבוני G או יצירת דפולריזציה תת-סיפית – ולפיכך מאפשרים שינוי של מידת האקסיטביליות של קבוצות תאים מסוימות.

שתי מגבלותיה העיקריות של השיטה כיום הן החום המוקרן עקב הארה בעוצמה גבוהה, וכן רעילותם של ה-Opsins כאשר הם מבוטאים בכמות גדולה

פיתוח חולדות טרנסגניות מאפשר החדרה של ה-Opsins לתאים מסוימים במוחן (לרוב באמצעות הדבקה בווירוס המעביר אותם, בשילוב עם פרומוטורים מסוימים), וכן מאפשר את השימוש בהם למחקר בחיה מתנהגת תוך הפעלה מדויקת של קבוצות תאים מסוימות על-ידי הארה באמצעות סיב אופטי.

נוסף על כך, הפעלה אופטוגנטית היא הפיכה, ללא צורך בזמן ממושך לפינוי חומר שהוזרק, ולכן מאפשרת ייעול של תהליך הניסוי, והשוואה של ההתנהגות תחת ההפעלה להתנהגותה של אותה חיה עצמה ללא הפעלה.

ניסויים מורכבים ומדויקים
דוגמאות לשימוש באופטוגנטיקה כוללות למשל מחקר שזיהה אוכלוסייה מסוימת של סינפסות באמיגדלה, שהפעלתן גורמת למודולציה של רמת החרדה במודל חיה (הפעלתן הביאה לירידה ברמת החרדה, ואילו עיכוב שלהן גרם להגברת החרדה).

דוגמה נוספת היא מחקר הקשור להתמכרות, שהדגים כי הפעלתם של נוירונים ב-Nucleus Accumbens, המבטאים רצפטורי דופאמין מסוג D1, הגבירה את המשיכה לקוקאין בחולדות (בניסוי התנהגותי שבחן את נטייתה של החולדה לשוב למקום בו מצאה בעבר קוקאין). מנגד, הפעלת רצפטורים מסוג D2 דיכאה משיכה זו.

מחקר נוסף סייע בביסוס ההשערה לפיה הגרעינים הבזליים מבקרים את התנועה באמצעות שני מסלולים: המסלול הישיר, המקדם תנועה, לעומת המסלול הבלתי ישיר, המעכב אותה. הפעלה סלקטיבית של כל אחד מהמסלולים אפשרה ביסוס אמפירי של ההשערה.

הסוקרים מציגים במאמרם דוגמאות נוספות לגבי דיכאון, סכיזופרניה, אוטיזם, והפרעות נוירולוגיות כגון פרקינסון, אפילפסיה ועוד. שתי מגבלות עיקריות של השיטה כיום הן החום המוקרן עקב הארה בעוצמה גבוהה, וכן רעילותם של ה-Opsins כאשר הם מבוטאים בכמות גדולה.

הסוקרים מסכמים כי מדובר בשיטה שאפשרה כבר ביצוע ניסויים מורכבים ומדויקים לאפיון מנגנונים מוחיים והפרעות בתפקודם, וכי קיימים עוד ניסויים רבים שניתן לבצע בשיטה זו. השגת התקדמויות נוספות תאפשר יישומים נוספים של השיטה. ולדוגמה, יישום השיטה בפרימאטים נמצא כיום בחיתוליו.

ערכה: ד"ר ורד פרכטר
מקור:

Tye et al.; Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models, Nat Rev Neurosci. 2012 Mar 20;13(4):251-66

נושאים קשורים:  מח,  התמכרות,  אופטוגנטיקה,  חרדה,  מוח,  פרקינסון,  נוירולוגיה,  פסיכיאטריה,  מחקרים
תגובות