Amerikanın dünyaca ünlü bilim ve teknoloji enstitüsü Massachusetts Institute of Technology (MIT)’deki sinirbilimciler ilk kez omurilikte bulunan sinirler arası elektriği kontol etmeyi sağlayan optogenetik teknikler ile kas hareketlerini kontrol etmeyi başardılar.

Profesör Bizzi önderliğinde araştırmacılar ışığa karşı duyarlı olan proteinleri farelerin omurliğinde bulunan sinirlerin yüzeylerinde üreterek bu sinirleri mavi ışık dalgası ile kontrol altına almayı başardılar. Mavi ışık dalgasında farelerin ayak kaslarının geri donüşümlü olarak hareketsiz hale geldiğini gözlemlediler. Araştırmacılar 25 Haziran 2014’te PLOS One’da yayınlanan çalışmalarının omurilik ile ilişkili olan kompleks hareket devrelerinin anlaşılmasına yeni bir yaklaşım getirdiğini belirttiler.

Ekip bir süredir MIT McGrown Beyin Enstitüsünde optogenetik teknikler ile omurilik üzerinde bulunan ara sinirlerin duyu ve hareket devreleri üzerindeki etkilerini araştırıyordu.

Önceleri araştırmacılar elektriksel sinyaller veya bir takım kimyevi müdaheller ile sinirleri kontrol edip, fonksiyonlarını anlamaya çalışıyorlardı. Bu yeni yaklaşım omurilik bölgesindeki sinirler hakkında harika bilgilere ulaşmamızı sağlasa da, şimdilik belirli alt sinirlerin kontrolünün sağlanmasında tam anlamıyla yardımcı olamamaktadır.

Optogenetik, genetik yollar ile sinir hücrelerin yüzeylerinde ışığa duyarlı opsins proteinilerin üretilmesi ve bu sayede sinir hücrelerindeki kalsiyum akışını veya elektrik sinyallerini belli dalga boylarındaki ışıklar ile kontrol altına alma tekniğidir. Bu sayede bazı sinirler aktif edilirken, bazıları da pasifize edilebilmekte.

McGrown Beyin Enstitüsünden Prof. Bizzi, optogenetik ile karakteristik açıdan benzerlik gösteren hücre sistemelerine müdahale edip bu sistemlerin nasıl çalıştığını aydınlatılabileceğimizi düşünüyor.

Omurilikte bulunan durdurucu sinirler kas kasılmalarını durdurarak denge ve hareketin sağlıklı bir şekilde sürdürülmesi içim önemli rol oynamaktadır. Örneğin bir elma yediğinizde bazı çene kaslarınız kasılırken bazılarıda gevşer bu sayede dengeli bir hareket sağlanmış olur. Ayrıca, durdurucu  sinirlerin REM uykusu sırasında kas kasılmalarını durdurucu etkide gösterdiği bilinmektedir.

Araştırmacılar bu çalışmada durdurucu sinirlerin fonksiyonu daha iyi anlamak için omurilik sinirlerinin yüzeyinde genetik yollar ile ışığa karşı duyarlı bir opsin proteini olan channelrhodopsin 2 sentezlenir ve mavi bir ışıkla bu sinir hücreleri aktif edilerek etkilerini gözlemlediler. Torasik omurgalarda bulunan durdurucu sinirler farelerde serbest hareketi aktif ederler. Bu arka bacakların hareketinin bir süreliğine durması anlamınada gelir. Araştırmacılar ayrcıa durdurucu sinirlerin optogeneti ile aktif edilmesinin duyu ve normal refklekslerin üzerinde bir etki oluştumadığını belirtiyorlar.

Çalışma ekibinde bulunan Dr. Caggiano, omurgada bulunan sinirlerin optogenetik ile baskılanmasının tamamiyle yeni bir gelişme olduğunu, bunun yanı sıra daha önce hiçbir araştırmacının bu sinirlerin hareketten sorumlu olmasına rağmen duyulardan sorumlu olmadığına değinmemeleri bakımından da  yeni bir keşif olduğunu belirtiyor.

Drexel Üniversitesi’nden nörobiyolog ve anatomi Profesörü Giszter ise optogenetiğin getireceği bir zorlayıcı unsurun da bir çok ilginç sorunun bu alan ile gündeme gelmesi olduğunu belirtiyor. Bu soruların yanı sıra bir başka önemli soru ise durdurucu sinirlerin  sinirsel aktiviteyi tamamen sonlandırıcı mı yoksa baskılayıcı bir etki mi gösterdiği üzerine olacağını belirtiyor. Dr. Caggiano, omurga sinirlerinin tam olarak nasıl bir fonksiyonla çalıştığını anlamamız için daha yapılması gereken bir çok çalışmanın olduğunu da belirtiyor.

Çevirmenin Notu: Optogenetik sinir bilimlerinde kullanılan çağımızın en parlak ve gelecek vaadeden tekniklerinden biri olmuş durumda. Araştırmacılar, optogenetik teknikler ile beynin gizemini çözmeye daha bir yaklaşıldığını ve istenmeyen hafızaların silinmesinden yeni bilgilerin beyine işlenmesine kadar bir çok mucizevi denecek gelişmelere şahit olabileceğimize inanıyorlar. Bunun yanı sıra bu teknolojideki gelişmelerin  Alzeihmer, Parkinson gibi bir çok mental hastalığa da çözüm olabileceğini belirtiyorlar.

Referanslar:

1. Sciencedaily
2. Vittorio Caggiano, Mirganka Sur, Emilio Bizzi. Rostro-Caudal Inhibition of Hindlimb Movements in the Spinal Cord of Mice. PLoS ONE, 2014.

Görsel kaynak: İllüstrasyon, Jose-Luis Olivares/MIT