Beyin Kontrolünden Tedavisine: Optogenetik

Beyin Kontrolünden Tedavisine: Optogenetik

Optogenetik Nedir

 Optogenetik, genetik olarak modifiye edilmiş hücreleri ışık ile kontrol etmeye yarayan yeni gelişmekte olan bilim alanı. Opsin genlerinden üretilen ışığa duyarlı proteinlerin (bacteriorhodopsin,halorhodopsins, channelrhodopsin)  kullanılmasıyla hedeflenen canlı hücrelerin davranışları ışık kullanılarak kontrol edilir. Genetik, viroloji ve optik teknikler kullanılarak elektrofizyoloji veya diğer standart metodların yapamadığı nöronların spesifik gruplarının belli aralıklarda hassasiyet içinde aktive edilmesi veya susturulması sağlanır. Bu sayede işleyişinin anlaşılması oldukça güç olan karmaşık yapıdaki beyinde spesifik hücrelerin kontrolü sağlanabilir. Hücre tiplerine spesifik, ışığa duyarlı, mikrobiyal iyon iletimi düzenleyici proteinler olan channelrhodopsin-2 (ChR2)  ve halorhodopsin (NpHR)  gibi moleküler nöronal aktivite araçları kullanılarak farklı nöral populasyonların aktivitesi kontrol edilebilir. Bu hücresel araçlar, genetik olarak kodlanarak önceden seçilmiş hedeflenen nöronal devrelerin aktive edilmesi veya inhibe edilmesi amacıyla ilgili hedef nöronlara aktarılırlar.

Optogenetikte Fototetkikler

a)Bakteriyorodopsin: Yeşil alglerden keşfedilen ışığa duyarlı ilk protein olarak bilinir. oluşturur.

 b) Halorodopsin (NpHR) : Sarı ışığa duyarlı olan ve Halobacterium salinarum’da tespit edilen iyon kanalıdır

c) Kanalrodopsin (ChR) : Kanalrodopsinler, yeşil yosunlarda kesşefilen iyon kanallarıdır. Mavi ışık ile membranın depolarizasyonu uyarılarak aksiyon potansiyeline aracılık etmektedir

d) Genetik Olarak Kodlanmış Optik Araçlar (OptoXR) : OptoXR geni, rodopsini (gözde bulunan ve karanlıkta görmeyi sağlayan protein) aktifleştirerek, görmede etkili olan reseptörlerin geliştirilmesini sağlamaktadır.

Neden Optogenetik

1979 daki Scientific American dergisindeki makalesinde Nobel ödüllü Francis Crick nörolojik bilimlerin karşılaştığı ana zorluğun, diğer hücrelerde değişime neden olmadan, beyindeki bir hücrenin incelenebilmesi olduğunu belirtmişti. Crick sonradan yazdığı makalesine, ışığın hücrede arzulanan incelemeyi yapabileceğini, çünkü ışık ile net zamanlı uyarılar verilebileceğini speküle etti. Ancak, o zaman ışığa spesifik cevap alınabilecek hücre modellemesi henüz bilinmiyordu. Elektriksel stimulus ile yapılan deneyler bu zorluğu yenemez; çünkü elektrotlar çok basit bir teknik sunmaktadır. Elektrik stimulus ile farklı hücre tipleri arasında ayırım yapamadan tüm devre stimule edilir. Onlarla oluşturulan sinyaller tam bir kesinlikle nöronların fonksiyonu değerlendirme imkanı sağlayamaz. İlaçlarla yapılan deneyler de yeteri kadar spesifik değildir. İlaçlar beynin doğal işlem hızından çok daha yavaş reaksiyona girerler. Optogenetikle belirli bir zaman diliminde, belirli bir hücredeki tek bir olayı inceleme şansı ortaya çıkmaktadır. 2005 yılında optogenetik ile ilgili çalışmalara Kaliforniyada Stanford Üniversitesinde başlanmıştır. 2010 yılında Nature Methods dergisinde yılın metodu olarak yayınlanmıştır. Çalışmalara meyve sineği ile başlanmış. Hücre kültürü ve farelerde yapılan çalışmalara ek olarak yöntem şimdi primatlarda, sıçan ve kuşlarda denenmektedir.

Optogenetik çalışmalar, tek bir hastalık sürecini belirlemek için çeşitli tahlillerin farklı patofizyolojik mekanizmalarını etkilediğini ve farklı yapıları ölçtüğü fikirlerin doğrulanmasını sağlamaktadır. Optogenetik, genetik olarak ışığa duyarlı araçlar kullanılarak canlı doku ve hücrelerde belirlenmiş hücresel aktiviteleri izlemek için optik ve moleküler stratejilerin bütünüdür. Gen ifadesinin düzenlenmesi, belirli bir genin üretimini arttırmak veya azaltmak için hücreler tarafından kullanılan birçok mekanizmayı içermektedir. Optogenetik araçlar, nörolojik bozukluklarda patofizyolojik sinyal mekanizmalarını anlamayı ve bunları düzeltmek için terapötik stratejiler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu nörolojik bozukluklardan birkaçı:

Alzheimer’a çare

Malinow ile ekibi önce farelerin ayağına düşük voltajlı elektrik verdiler. Ardından biraz can yakan bu kötü anıyı farenin gözüne düşük frekansta titreşen ışık huzmeleri tutarak sildiler. Daha sonra ise fare beynindeki nöronları yüksek frekansta titreşen ışık ışınlarıyla uyarıp anıları geri getirdiler.

Malinow’un ekibinde doktorasını yapmakta olan Sadegh Nabavi deneyi şöyle açıklıyor: “Önce bir hayvanın korkmasına neden oluyor, sonra korkuyu gideriyor ve ardından sinirleri sinapsları güçlendiren veya zayıflatan frekanslarla uyararak korkunun geri gelmesini sağlıyorduk.”

Bu noktada sözü alan Malinow, hafıza güçlendirme ve silme tekniklerinin hastanelerde hızla kullanıma gireceğini söylüyor: “Çalışmalarımızda sinapsları zayıflatan süreçleri geri çevirebileceğimizi gösterdik ve bunu beta amiloidin Alzheimer hastalarında yol açtığı bazı etkileri gidermekte kullanabiliriz.”

Epilepsi’nin Optogenetik ile İlişkisi

Epilepside büyük ve yaygın olan nöbet odağını doğrudan modüle etmek yerine, optogenetik uygulamalar kullanarak nöbet ağıyla etkileşime girebilecek beynin diğer alanlarını hedefleyerek nöbetleri modüle etmişlerdir. Cerebellumun (beyincik) aydınlatılması, nöbetlerin geciktirmesinde etkili olmuş ve nöbet süresinde olumlu azalmaların olduğunu tespit etmişlerdir. Araştırmalarında insan kök hücrelerinden türetilen GABA’erjik internöronların epilepsi modelli fare beyninde fonksiyonel bozukluğa sebep olan bölgeye göç ettiklerini ve o bölgede bulunan diğer hücrelerle etkileşime girdiklerini gözlemlemişlerdir. Ardından optogenetik yöntemi kullanarak hipokampüs bölgesine enjekte ettikleri GABA’erjik internöronların postsinaptik yanıtlar oluşturduğu sonucuna varmışlardır. Araştırma sonucunda nakledilen nöronların olgunlaşmadan da epileptik nöbetleri baskılama özelliğine sahip olması dikkat çekmiştir.

Korku ve Depresyonun Optogenetik ile İlişkisi

Optogenetik araştırmalar, korku ile ilişkili davranış süreçlerinin temel mekanizmalarını ortaya koyma kapasitesine sahiptir. Yeni geliştirilmiş teknikler kullanılarak doğuştan gelen korkuların altında yatan sinirsel devrelerin çalışmalarına ve bunların etkileşimlerinin tanımlanmasına olanak sağlamıştır. Korku, anormal şekilde ifade edildiğinde modüle edilebilmekte veya bastırılabilmektedir.

Ayrıca;

– Psikiyatrik Hastalıklar

– Farmakogenetik

-Görme Tedavisi

– Parkinson

– Şizofreni

– Kalp Fizyolojisi

-Alışkanlıkları Öğrenmek İçin

– Hafıza Araştırmaları

Gibi birçok alanda optogenetik çalışmaları sürmekte.

Optogenetik ve Gelecek

Optogenetik çalışmaları ile anıların silindiği veya yeni anılar eklendiği, çalışmaların canlı hareketleri üzerindeki etkileri biliniyor. Gelecekte, tek bir butonla kontrol edilebilecek birçok davranış biçimi görülecek. Etik yargıların ötesinde bu teknoloji insanlar üzerinde uygulanırsa ne olur? Optogenetik, yanlış ellerde insan davranışını kontrol etmek için ve kitlelerin zihin kontrolüne hizmet edecek bir yöntem haline gelebilir. Belki kararlarımızı kendi muhakemelerimiz sonucu  özgür irademizle verdiğimizi sanarken bir başkasının bize bizden daha yakın olarak arzularımızı kontrol ettiğinden bihaber olacağız. Ya da, biz her şeyin farkındayken birilerinin kontrolüne maruz kalacağız. Tıpkı Carl Sagan’ın bir kabus senaryosunda bahsettiği gibi: Bu senaryoda, küçük çocukları alıp ‘’ağrı’’ ve ‘’zevk’’ merkezlerine elektrot yerleştiren bir diktatör vardır. Bu elektrotlar sayesinde diktatör halkın her hareketini kendi istekleri doğrultusunda  yönetmektedir. Bir başka kabus da, dileklerimizi aşıp kaslarımızı kontrol ederek istemediğimiz şeyler yapmamız için bizi zorlayacak sondaların beynimize yerleştirilmesini içermektedir.

Hangisi daha kötüdür? Arzulamadığımız şeyleri  istemediğimiz halde yapmak zorunda kalmamız mı? Yoksa kararlarımız, kendi arzularımız sanarken bir başkasının istekleri olduğundan habersiz olmak mı?

21.Yüzyılın ilk çeyreğinde  internete ulaşabilmek için bir takım aracı teknolojik alet kullanmamız gerekmesine (telefon vb.)rağmen insanlara ait inanılmaz büyüklükte veriler bulunmakta ki bu veriler ile siyasi seçimlerden tutun aldığımız çatal bıçak setine, GPS yol önerisine  kadar hem doğrudan hem bilinçaltına sayısız yaptırım uygulanmakta. İlerleyen teknoloji ile birlikte insanlar yaşam standartlarını arttırmak ve daha rahat bir hayat sürmek için günden güne organik-inorganik bir komplex haline geleceği  kuşkusuz bir gerçek.Bu durum kitleleri manipüle edecek teknolojilerin insanlara entegre edilmesini kolaylaştıracak, böylece adım adım insanların her anı kaydedilip, veri tabanı her saniyemizi depolarken aynı zamanda sinir sistemimizin direk olarak kontrol edilmesi de olağan. Tüm bunlar insanın özgür iradeden mahrum bırakılması ve insanı diğer canlılardan ayıran özelliğin elinden alınması anlamına gelir. Beklenen geleceğin herhangi bir önlem aldınmadığı takdirde ne kadar korkunç bir distopya olduğunun farkında mısınız?

Kaynak ve İleri Okumalar

  1. https://www.nature.com/news/light-controlled-genes-and-neurons-poised-for-clinical-trials-1.19886
  2. https://www.scientificamerican.com/article/optogenetics-controlling/
  3. https://www.biomedya.com/optogenetik
  4. https://www.e-psikiyatri.com/noropsikiyatride-optogenetik-26205
  5. https://dergipark.org.tr/download/article-file/541885
  6. https://khosann.com/isikla-beyin-kontrolu-norologlar-isikla-farelerin-hafizasini-sildi-ve-beynine-yeni-anilar-ekti/

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.