Optogenetik Nedir? Uygulama Alanları Nelerdir? - DERS KİTABI CEVAPLARI

Yeni Yayınlar

Mayıs 16, 2018

Optogenetik Nedir? Uygulama Alanları Nelerdir?

Edit
 DERS KİTABI CEVAPLARINA BURADAN ULAŞABİLİRSİNİZ! 

Optogenetik Nedir? Uygulama Alanları Nelerdir?

Klinisyenlerin ve araştırmacıların büyük çabalarına rağmen, psikiyatrik hastalıklara yönelik sınırlı bakış açımız tedavi araştırmalarını aksatmaktadır. Açıkçası, psikiyatride yeni cevaplara ihtiyacımız var. Fakat, bilim felsefecisi Karl Popper’ın söylediğine göre, cevapları bulmadan önce, yeni sorular sormaya ihtiyacımız var. Başka bir deyişle, yeni bir teknolojiye gereksinim var.


Sinirbilim alanında yeni tekniklerin geliştirilmesi oldukça zordur. Çünkü, memeli beyni, farklı özelliklerde on milyarlarca nöronun birbirine dolaşmış şekilde bulunduğu karmaşık bir sistemdir. Bu karmaşık durum yüzünden, sinirbilimciler beynin işlevlerini ve beyindeki özel hücre topluluklarının düşüncelere, hislere ve anılara nasıl yol açtığını tam olarak kavrayamamışlardır. Ayrıca beyindeki fiziksel hasarların, şizofreni ya da depresyon gibi bozukluklara nasıl yol açtığı da henüz bilinmemektedir. Psikiyatrik tedaviler tarih içerisinde tesadüf eseri keşfedilmiş ve faydalı olmuştur fakat hastalık mekanizmasını aydınlatıcı nitelikte değildir.

Optogenetik Nedir? Uygulama Alanları Nelerdir?
Optogenetik Nedir? Uygulama Alanları Nelerdir?

Nobel ödüllü bir bilim insanı olan Francis Crick, beyindeki her bir bileşimin manipüle edilmesine ihtiyaç olabileceğini söylemiştir. Ayrıca bu yöntemin, beyindeki sadece bir tür nöronun aktivitesini kısıtlayan özellikte olması gerektiğini ifade etmiştir. Fakat şimdiye kadar üzerinde çalışılan hücreler arası elektriksel uyarım, gerçek inaktivasyonu sağlamaz. Bu uyarım belirli bir hücre türüne yönelik değildir. Fakat, farmakolojik ve genetik manipülasyonlar hücreye spesifik olabilir ama bu durumda da nöronlar arası sinyal alışverişi sırasında bölgesel hassasiyet görülmez.
Bütün bir memeli nöral dokusunda, hem bölgesel hem hücresel hassasiyeti sağlayan bir teknik yoktur. Bu nedenle, yeni bir tür teknolojinin gelişmesi için acil bir ihtiyaç söz konusuydu. Bu çalışmaların sonucunda optogenetik, nöronları daha hızlı bir şekilde kontrol edebilir. Optogenetik araçlar, heterojen bir dokudaki tek bir hücre tipini hedefleyebilir.

Crick, ışığın bir kontrol aracı olarak kullanılabileceğini öne sürmüştür. Çünkü, ışık uyarı şeklinde aktarılabilir. Bu sırada, memeli beyninden farklı bir alanda, mikroorganizmalar üzerinde yapılan çalışmaların da bu konuyla ilgili olduğu sonradan ortaya çıkmıştır. Bugünden 40 yıl önce biyologlar, mikroorganizmaların görünür ışığa cevap olarak hücre zarındaki elektrik akımını değiştirebilen proteinler ürettiğini ortaya çıkarmışlardır. Bu proteinler opsin isimli genler tarafından üretilirler. 1971’de Kaliforniya Üniversitesinden Walter Stoeckenius and Dieter Oesterhelt bu proteinlerden birinin (bakteriorodopsin) yeşil ışığın fotonları tarafından aktive olan iyon pompasının tek bir komponenti olarak görev yaptığı keşfedilmiştir. Daha sonra aynı aileden, 1977 yılında halorodopsin ve 2002’de channelrhodopsin proteinleri keşfedilmiştir.

Crick’in ortaya attığı sorunu çözebilmek için, mikrobiyal opsin genlerine dayalı olarak optogenetik yöntemler geliştirilmiştir. Optogenetik, genetiğin ve yaşayan bir dokudaki belirli hücrelerdeki olayları kontrol eden optiğin birleşimidir. Optogenetik sayesinde, hücreye gen aktarılıp, ışığa duyarlı hale getirilmiş hücreler, ışık ile kontrol edilebilir. Burada önemli olan nokta, belirli bir zamanda belirli hücre tiplerinin kontrol edilmesidir. Nöronların fonksiyonunun bu şekilde yakından incelenebilmesi, normal beyin fonksiyonunu ve Parkinson Hastalığı gibi klinik problemleri anlamaya yardım edecektir.

2004 yılında Stanford Üniversitesi’nden bir ekip, channelrhodopsin-2 genini memeli nöronlarına aktarmıştır. Böylece nöron, fonksiyonunu yerine getirirken, ışığa yanıt veren bir hale gelmiştir. Channel rhodopsin, ışığa cevap olarak nöronu güvenli bir şekilde açabilir ya da kapatabilir.
2008’de Volvox carteri adlı bir alg türündenki channelrdopsin geninin ise sarı ışığa yanıt verdiği keşfedilmiştir. Daha önce üzerinde çalışılan opsin genlerinin ise mavi ışığa yanıt verdiği görülmüştür. Bu durumda VChr1 (sarı ışığa yanıt veren gen) ve diğer channel rodopsin genleri kullanılarak, karışık bir hücre popülasyonu eş zamanlı olarak kontrol edilebilir. Böylece sarı ışık verilerek bir tip, mavi ışık verilerek de diğer tür hücreler kontrol edilebilir.

Elektriksel aktiviteler dışında, biyokimyasal olaylar da optogenetik ile kontrol edilebilir hale geldi. Çok sayıdaki tıbbi ilaç, G-proteini isimli bir hücre zarı proteinini hedef alır. Bu protein hücreler arası kimyasal sinyalleri algıyabilmektedir. 2009 yılında, bu proteine rodopsininden bir parça eklenerek, protein ışığa duyarlı hale getirilmiştir. Bu protein parçalarını kodlayan genler bir virüs aracılığıyla, laboratuvar sıçanlarının beynine aktarılmıştır. Böylece eletriksel aktivitenin yanısıra biyokimyasal olayların da hücrede kontrolü mümkün hale gelmiştir.

2006 yılında fiber-optik araçların geliştirilmesiyle, araştırmacılar beynin herhangi bir bölgesine ışık verebilirler. Böylece, optik olarak kontrol edilebilen mikrobiyal opsin geni yoluyla, beyinde sinirsel ağlardaki elektriksel aktiviteler değiştirilebilir ve kontrol edilebilir.

Optogenetiğin Psikiyatrik Hastalıklara ve Diğer Sinirsel Hastalıklara Uygulanışı

Memelilerdeki ilk optogenetik uygulaması, narkolepsi adlı bir uyku bozukluğu ile ilişkili nöron türleri üzerinedir. Bu çalışmanın sonucunda, narkoplepsiye özgü nöronlarda, uyanıklığa geçişi sağlayan özel türde bir elektriksel aktivite bulunmuştur. Ayrıca optogenetik, dopamin üreten nöronların nasıl ödül ve zevk duyguları oluşturduğunu anlamak için de kullanılmıştır. Bu tür çalışmalar, depresyon gibi zevk hissi ile ilişkili bozuklukların tedavisi için bir yöntem geliştirmeyi amaçlar.

Optogenetik yaklaşım, Parkinson hastalığına bakış açımızı da geliştirmiştir. Parkinson hastalığı beyindeki motor kontrol ağındaki bozukluk ile ilişkilidir. 1990’lı yıllardan beri bazı Parkinson hastaları, derin beyin uyarımı isimli bir tedavi alırlar. Fakat bu teknik hücreleri seçici bir şekilde hedef almadığı için tam olarak istenen etkiyi yaratamamaktadır. Son zamanlarda optogenetik, Parkinson Hastalığının hayvan modellerinde çalışılmaktadır. Bu sayede hastalıklı bir sinir ağının doğası ve tedavi edici yaklaşımların etki mekanizması daha iyi anlaşılmıştır.

Şizofreni ve otizm hastalarında anormal aktiviteye sahip olduğu görülen neocortical parvalbumin nöronlarının nasıl uyarıldığı da optogenetik aracılığı ile öğrenildi. Optogenetik yöntemlerin kullanılması sonucunda, neocortical parvalbumin nöronlarının aktivitesinin çevresindeki diğer hücrelerle de ilişkili olduğu keşfedildi.

Körlük tedavisi için de optogenetik yöntem üzerinde çalışılmaktadır. Örneğin; Retinis pigmentosa adlı gözdeki fotoreseptörlerin yok olmasıyla ortaya çıkan körlük durumunun tedavisi için, ışığa duyarlı opsin geni aktarılması için çalışmalar yapılmaktadır. Bu tedavi yönteminde opsin genini taşıyan hücreler, mavi ışıkla uyarılabilir ve görsel bilgi bu şekilde beyne taşınır. Ayrıca, sağırlık tedavisi için de iç kulaktaki sinirlerin optogenetik yöntemlerle uyarılmasına yönelik çalışmalar mevcuttur.

Optogenetik umut verici ve oldukça yeni bir alandır. Bu alanda yapılan çalışmalar, beyinde hastalıklara yol açan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasına yol açarak, bilim dünyasını tedaviye daha fazla yaklaştırmaktadır. Fakat, yapılan çok sayıda bilimsel çalışmaya rağmen, günümüzde henüz hastalıkların tedavi için kliniklerde uygulamaya konulmamıştır. Buna rağmen, bu yeni çalışma alanının geliştirilmesi ve yöntemlerin optimize edilmesiyle, gelecekte pek çok hastalık için tedavi edici klinik uygulamaların yapılabilmesi olası gözükmektedir.

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder