Araştırmacılar ilk kez kablosuz olarak mavi ışıma yapan çok küçük cihazlar ile genetiği değiştirilmiş farelerin sinir hücrelerini aktivite etmeyi başardılar.

Çok küçük ölçekteki bu cihazların Optogenetik ile yaptığı işbirliği sayesinde artık kablosuz olarak sinir hücreleri kontrol altına alına bilinecek. Çok kısa sürede yoğun bir şekilde Optogenetik çalışmalarına entegre olunacağına inanılan bu cihazlar ile yapılan deneylerin sonuçları geçtiğimiz günlerde Nature Method adlı bilimsel dergide yayımlandı.

Dr. Poon bu yeni cihazlar sayesinde ilk kez kablosuz olarak sinir hücrelerine gerekli dalga boyundaki ışımalar yapıp onları kontrol altına alabildiğimizi belirtirken aynı zamanda deney farelerinin hareketlerini de kısıtlamayacak özellikte olduklarını da belirtiyor. Dr. Poon, bu cihaz için gerekli olan araçların dünyadaki tüm laboratuvarlarda uygulanabileceğini de vurguluyor.

En küçüğe doğru

Geleneksel olarak Optogenetik uygulamalarını yapabilmek için fiber kablolar kullanılıyor. Bu durum hem farelerin hareket kabiliyetini sınırlama ihtimali oluşturması hem de araştırmacıların bu kabloları farelere yerleştirmek için onlara fiziksel müdahalede bulunmaları bakımından deneylerin istenilen sonuçları vermesi bakımından bir engel oluşturuyordu. Bu sınırlandırmalara rağmen Optogenetik yöntemler; beyindeki acı hissini oluşturan yolakların bulunmasından, felç ve Parkinson hastalığında sinir fonksiyonlarına neler oluyora kadar araştırmacılara geniş bilgiler sundu. Tüm bunlara rağmen endişe, depresyon gibi davranışların gözlenmesinde fiber optik kablolar ile uygulanan Optogenetik yöntemlerde deney öncesi neden olunan suni gerilimler istenilen sonuçlara ulaşılmasını engelliyordu.

Dr. Poon, minyatür ve kablosuz cihazlar üretmesi ile bilinmesine rağmen Optogenetik alanında bu tür cihazlara çok da ihtiyaç olmadığını sinirbilimleri ile ilgili toplantılara katılınca öğreniyordu.

İlk olarak Optogenetiğin keşfedildiği Karl Deisseroth’in laboratuvarında doktora öğrenci olan Grosenick’ten yardım istedi. Fakat Grosenick yoğun takviminden ötürü bu isteğe cevap veremedi. Fakat yaptıkları görüşmeler sayesinde Dr. Poon, Stanford’da Scott Delp’in laboratuvarında doktora çalışmalarını yürüten Montgomery ile tanıştı. Montgomery aynı zamanda Deisseroth’un laboratuvarları ile de işbirliği yapıyordu.

Düşüncelerini uygulamaya geçirmeden önce Optogenetik detaylarını gözden geçirdiler. Optogenetik uygulamalarını sadece yüzeyinde ışığa duyarlı protein ürettirilen sinir hücrelerinde geçerli olduğu dikkate alınınca düşüncelerinin başarıya ulaşabilmesi için hangi sinir hücrelerine veya gruplarına bu proteini ürettirmeleri gerektiği hususunda ince bir çalışma sürdürdüler.

Uygulamalar

“Cihazların üretilmesi işin en kolay kısmı, asıl zor olan bu cihazları kontrol edebileceğimiz mesafeyi maksimum seviyeye çıkarabilmekti” diyen Dr. Poon, nitekim bir kaç ay içinde cihazları hazır hale getirmişti.

Davranış deneylerinde fareler bir kümes içinde serbest harekete bırakılır, dolayısıyla bu cihazlar ile gönderilecek enerjinin bu serbest hareketi engelleyici nitelikte olmaması gerektiğini araştırmacılar çok iyi biliyordu.

Sonunda Dr. Poon kendisinin çılgın diye adlandırdığı bir fikri denemeye karar verdi. Bu farenin vücudunu kullanarak radyo frekans enerjisini transfer etmekti. Bu fikir çalıştı ve 4 Ağustos’ta bu konu ile ilgili bir yayın yaptılar. Bu arada Japonya’dan Dr. Tanabe ile iş birliği geliştirdiler.

Sonunda Dr. Poon düşüncesinin çalıştığını gördü fakat bunu nasıl fare kafeslerine uygulayabileceğini bilmiyordu. Bu konuda Dr. Tanabe ile bir görüş alışverişinde bulundu. Dr. Tanabe bu fikri Stanford’daki babasına taşıdı. Kendisi ozellikle radyo frekans enerjilerinin iletilmesinde uzman biriydi. İlk çalışmalarının ardından Japonya’ya seyahat ederek kafesi kurma çalışmalarına başladı.

Sonunda çalışmalar yolunda gitti ve dizayn ettikleri kafes ile radyo frekans enerjisini sorunsuz bir şekilde deney farelerinin vücuduna yerleştirilmiş cihazlara aktarıp bu cihazların gerekli dalga boyundaki ışımaları yapmasını sağladılar. Bu sayede beyin, omurilik ve çevresel sinirleri yerleştirilen portatif cihazlar ile kontrol altına aldılar. Çalışma ekibi bu sayede bir takım sinirsel hastalıklar, hareket ile ilgili hastalıkların ve kronik acı hissinin tedavisinde önemli yol alınacağına inanıyorlar.

Referanslar:

• Sciencedaily
• Kate L Montgomery, Alexander J Yeh, John S Ho, Vivien Tsao, Shrivats Mohan Iyer, Logan Grosenick, Emily A Ferenczi, Yuji Tanabe, Karl Deisseroth, Scott L Delp, Ada S Y Poon. Wirelessly powered, fully internal optogenetics for brain, spinal and peripheral circuits in mice. Nature Methods, 2015; DOI: 1038/nmeth.3536
• John S. Ho, Yuji Tanabe, Shrivats Mohan Iyer, Amelia J. Christensen, Logan Grosenick, Karl Deisseroth, Scott L. Delp, Ada S. Y. Poon. Self-Tracking Energy Transfer for Neural Stimulation in Untethered Mice. Physical Review Applied, 2015; 4 (2) DOI: 10.1103/PhysRevApplied.4.024001