ויקיפדיה:העברת דפי טיוטה – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ שוחזר מעריכות של Lcohavi3 (שיחה) לעריכה האחרונה של TaliContent |
←טיוטה:אופטוגנטיקה: פסקה חדשה |
||
שורה 882:
הערך [[קיים גם באנגלית|https://en.wikipedia.org/wiki/Current_research_information_system]], אבל הוא לא תורגם מאנגלית משום שהערך באנגלית חלש.
== [[טיוטה:אופטוגנטיקה]] ==
אבקש להעביר את [[טיוטה:אופטוגנטיקה]] למרחב הערכים. [[מיוחד:תרומות/31.168.11.194|31.168.11.194]] 11:58, 14 ביוני 2018 (IDT)
'''אופטוגנטיקה''' (״Optogenetics״), במקור מיוונית מהמילה ״optikos״ שמשמעותה ״נראה״ (1) הינה שיטה ביולוגית אשר כוללת שימוש באור על מנת לשלוט בתאים בתוך רקמות חיות, בדרך כלל נוירונים, אשר שונו באופן גנטי כדי לבטא תעלות יונים רגישות לאור (1). זוהי שיטת נוירומודולציה המשתמשת בשילוב של טכניקות של אופטיקה וגנטיקה כדי לפקח על פעילות של נוירונים בודדים ברקמות חיות ולמדוד במדויק את השפעות המניפולציה הזו בזמן אמת. שיטה זו מאפשרת להפעיל באופן סלקטיבי נוירונים מסוגים שונים על ידי אור, ולקבל הבנה אודות תפקידם של קבוצות שונות של נוירונים במוח (1). כיום מתבצע בניסויים בבעלי חיים בלבד (2).
היסטוריה
שיטה זו פותחה על ידי ד״ר קרל דיסרוט מאוניברסיטת סטנפורד ב-2005 (3). בשנת 2001 גילו מדענים גן מעניין שמקורו באצה חד-תאית שביכולתה לחוש באור ולנוע לעברו. הם השתמשו בטכניקות של הנדסה גנטית והשתילו את הגן בתאים. על ידי כך, החלבון שאותו גן מקודד יכול להיווצר בסביבה בה לא היה נוצר באופן טבעי (4). לחלבון זה נקרא Channelrhodopsin (3). גילוי פעולת חלבון Channelrhodopsin גרם למחשבה שאולי אם ישתילו את הגן בנוירון יוכלו לשלוט בו בעזרת מקור אור חיצוני על ידי הפוטנציאל החשמלי שמתפתח (3).
כאשר הם האירו את התאים באור כחול נוצרו בממברנות תעלות והחלו להכניס פנימה יונים בעלי מטען חיובי כגון נתרן, אשלגן וסידן (4). כך מתפתח פוטנציאל פעולה רק בזמן שהתא מואר.
בשנת 2005 ד״ר קרל דיסרוט הצליח להראות שנוירונים שגודלו בצלחת ובהם הושתל הגן שמקודד את החלבון Channelrhodopsin הגיבו חשמלית לאור (3).
כיום, השיטה עוזרת להבין כיצד רשתות נוירונים מעבדות תחושות ושולטות בהתנהגות כמו לימוד וקבלת החלטות. עד כה זה נבדק באמצעות אלקטרופיזיולוגיה, עירור ושיטות קונבנציונאליות אחרות. למשל, רישום הפעילות ממוחות של חיות בעודן מבצעות משימות כדי לפתח מיומנויות שונות (2).
תיאור טכניקה
ישנם מספר שלבים לפני הפעלת הנוירון על ידי אור. תחילה, חוקרים את הרצף הגנטי של האצות אשר מאפשר להן לייצר חלבונים שמגניבים לאור. לאחר מכן מתבצע שיחזור של הרצף הגנטי על מנת להשתיל אותו בווירוס שיוכל להדביק חלק מוגדר של תא במוח. כאשר הווירוס מוזרק למוח החיה בתאי מוח מסוימים יש תעלות המגיבות לאור באורך גל ספציפי. כשאורך הגל הנכון מופעל, תעלות אלו נפתחות וגורמות לפוטנציאל פעולה בנוירון (גורמות להפעלתו). הפעלה חיצונית זו הינה שוות ערך לפעילות שהייתה מתקבלת באופן טבעי במוח, לכן ניתן להתערב במנגנוני מחלות שונות, חוויה חושית וזיכרון (4).
בעזרת טכנולוגיה זו ניתן להדליק ולכבות פעילות נוירונלית בעזרת “מתגים” מולקולאריים, אשר רגישים לאור ומופעלים על ידי הנוירונים (4). “מתגים” אלה הם חלבונים מיקרוביאליים מווסתי מוליכות יונים והם רגישים לאור הקרויים אופסינים (4). בבסיס השיטה נמצאים חלבונים אופסינים (opsins)אשר מופעלים בטבע על ידי סיגנל של אור ומאפשרים המרה של אור לפעילות חשמלית נוירולוגית (4). ישנם שני ״מתגי אור״ מרכזיים:
Channelrhodopsin-2 (ChR2) נמצא בממברנות התאיות של אצות ירוקות. כאשר הוא נחשף לאור בעל אורך גל כחול הוא פותח תעלות ממברנה ומאפשר ליוני נתרן וסידן להיכנס פנימה (2).
Halorhodopsin (NpHR) נמצא במשאבת יונים שמאפשרת ליוני כלוריד להיכנס כתגובה לאור בעל אורך גל צהוב והיא משתיקה את הנוירון. יש לציין כי מתג אור זה לא משתיק נוירונים ביעילות רבה ויש לו השפעות מרעילות על תאי מוח (2).
אופסינים קיימים גם ביצורים חד-תאיים שונים (4). מכיוון שמדובר בחלבונים המקודדים בדנ"א, ניתן לשתול אופסינים, על ידי שימוש בהנדסה גנטית, גם על פני נוירונים שלא אמורים לבטא את האופסין באופן טבעי (3). ברגע שנוירון מבטא את האופסין, ניתן להפעילו ע"י שימוש באורך גל מסוים (4).
שימושים
אופטוגנטיקה מקדמת את ההבנה המדעית הבסיסית של האופן שבו סוגי תאים ספציפיים תורמים לתפקוד של רקמות ביולוגיות כגון מעגלים עצביים בגוף החי (5). בפן הקליני מחקרים המונעים על ידי אופטוגנטיקה הביאו לתובנות לגבי מחלות כגון פרקינסון, כאב כרוני, סכיזופרניה, חרדה ודיכאון (5).
פרקינסון
במחקר שנערך על עכברים חולי פרקינסון בהם שתלו גן אשר מגיב לאורך גל צהוב בגרעינים הבזאליים, גילו שניתן להפחית נטייה לקיפאון מוטורי על ידי הפעלת נוירוני הקרנה בינוניים (6). בנוסף, בעזרת אופטוגנטיקה ישנה תמיכה נוספת לDBS כשיטת טיפול יעילה לפרקינסון, מכיוון שהיא מראה את הקישוריות בין ההפעלה של הנוירונים כרשת בSTN (גרעין התלמוס) (7).
כאב כרוני
שימוש באור להקלת כאבים כרוניים. השימוש באור גורם לתאים מהונדסים שעליהם מוקרן האור לייצור חומרים שיופרשו בהתאם לתגובה לאור באורך גל מסוים, וכך להקל על הכאב (8). הקלת הכאב בעבר התאפשרה רק דרך אמצעים פרמקולוגיים. חוקרים הצליחו להנדס גן AAV6 וליצור תעלות תלויות אור באמצעות אופסין ChR2 ובחנו תגובות לכאב דרך אורך גל כחול ברמות שונות ברצפטורים של כאב (נוסיצפטורים) (8).
זיהוי רשתות נוירונים
ניתן ליישם אופטוגנטיקה על מנת ללמוד על קישוריות של רשתות נוירונים במוח. למשל, נמצא כי גירוי אופטוגנטי של הגנגליון הספיראלי בעכברים חרשים משחזר את יכולת השמיעה (9). יישום זה מאפשר גירוי או עיכוב של תאי הגנגליון הספירליים (SGN). בנוסף, לאור המאפיינים של מצב המנוחה של ה-SGN, נעשה שימוש בווריאנטים שונים של החלבון 2channelrhodopsin-. ווריאנטים אלו הינם שימושיים מכיוון שהם נמצאים פחות במצב מנוחה, דבר המאפשר יותר פעולה עם פחות צורך בהקרנת אור כחול (9).
מקורות:
(1) Deisseroth, K. (2011). Optogenetics. Nature methods, 8(1), 26.
(2) Yizhar, O., Fenno, L. E., Davidson, T. J., Mogri, M., & Deisseroth, K. (2011). Optogenetics in neural systems. Neuron, 71(1), 9-34.
(3) Fenno, L., Yizhar, O., & Deisseroth, K. (2011). The development and application of optogenetics. Annual review of neuroscience, 34.
(4) Buchen, L. (2010). Neuroscience: Illuminating the brain. Nature News, 465(7294), 26-28.
(5) Deisseroth, K. (2012). Optogenetics and psychiatry: applications, challenges, and opportunities. Biological psychiatry, 71(12), 1030-1032.
(6) Kravitz, A. V., Freeze, B. S., Parker, P. R., Kay, K., Thwin, M. T., Deisseroth, K., & Kreitzer, A. C. (2010). Regulation of parkinsonian motor behaviours by optogenetic control of basal ganglia circuitry. Nature, 466(7306), 622.
(7) Gradinaru, V., Mogri, M., Thompson, K. R., Henderson, J. M., & Deisseroth, K. (2009). Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry. science, 324(5925), 354-359.
(8) Iyer, S. M., Montgomery, K. L., Towne, C., Lee, S. Y., Ramakrishnan, C., Deisseroth, K., & Delp, S. L. (2014). Virally mediated optogenetic excitation and inhibition of pain in freelory moving nontransgenic mice. Nature biotechnology, 32(3), 274.
(9) Moser, T. (2015). Optogenetic stimulation of the auditory pathway for research and future prosthetics. Current opinion in neurobiology, 34, 29-36.
לקריאה נוספת:
(1) Anderson, D. J. (2012). Optogenetics, sex, and violence in the brain: implications for psychiatry. Biological psychiatry, 71(12), 1081-1089.
(2) Arenkiel, B. R., Peca, J., Davison, I. G., Feliciano, C., Deisseroth, K., Augustine, G. J., ... & Feng, G. (2007). In vivo light-induced activation of neural circuitry in transgenic mice expressing channelrhodopsin-2. Neuron, 54(2), 205-218.
(3) Callaway, E. (2006). Shining new light on neural circuits. Science, 314, 1674-1674.
(4) Yizhar, O. (2012). Optogenetic insights into social behavior function. Biological psychiatry, 71(12), 1075-1080.
קישורים חיצוניים:
(1) https://nypost.com/2017/01/13/lasers-turn-lab-mice-into-brutal-killers/
| |||