علم البصريات الجيني حيث يمكن لخلايا المخ أن تضيء وتنطفئ تماماً مثل المصابيح الضوئية باستخدام بروتينات ميكروبية حساسة لألوان ضوء الليزر. أعطى إكتشاف أحدث مجالات الجينات البصرية الباحثين تحكم غير مسبوق بكهربائية خلايا المخ لدى حيوانات المختبرات. وقد تعطي هذه التقنية علاجات لأمراض مثل الشلل الرعاش والصرع والعمى، يشرح موقع نيو ساينتست (New Scientist) مسؤولية العلم تجاه ذلك.
كيف يمكن للعلماء التحكم في خلايا المخ بأستخدام الليزر؟
تعمل الخلايا العصبية عن طريق مجموعة من الآيونات والذرات التي تدخل وتخرج من الخلية بين الحين والاخر مسببة قوة كهربائية خلال أغشية العصب. قام فريق من الباحثين في عام 2005 من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا (Stanford University in California) بالتوصل الى أن هناك عدد من البكتريا الحساسة للضوء التي تنتقل الآيونات خلالها بطريقة مشابهة للعصب يمكن ان يتم زرعها خلال اغشية الاعصاب عن طريق الهندسة الوراثية.
يدعى أحد البروتينات بالريدوبسين (channelrhodopsin 2) حيث يمكنه تنشيط النقل العصبي عند التعرض للضوء الازرق بينما يقوم الاخر ويدعى هالوردوبسين (halorhodopsin) بتثبيط النقل العصبي عند التعرض للضوء الاصفر.
فإذا كانت هذه البروتينات موجودة حولنا بالفعل فما الجديد؟
يعمل الرودوبسين بنجاح وسهولة فقد وجد انه قادرعلى الدخول في دائرة عصبية يمكن من خلالها تخفيف اعراض لشلل الرعاش (الباركنسون).
وبالرغم من ذلك فأن الهالورودوبسين أطاح بتلك الامنيات، فقد صرح عالم الاعصاب آد بويدن (Ed Boyden) أن هذا البروتين له قدرة محدودة على أيقاف النقل العصبي بعد دورات عديدة من التعرض للضوء ولذلك لا يمكن أستخدام هذا البروتين عملياً.
حيث يقول بويدن عالم الأعصاب الذي عمل على البروتينات في جامعة ستانفورد مع زميله كارل ديسورث (Karl Deisseroth): ” لم يعمل هذا البروتين يعمل بشكل جيد، وليس له الكثير من الأستعمالات”.
أكتشف الآن فريق بويدن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) نوعين من البروتينات الحساسة للضوء حيث اتضح أن لهذه البروتينات القدرة على تشغيل وأغلاق خلايا الدماغ .وكما يقول بويدن ” يمكننا أن نفعل الأغلاق الرقمي للخلايا العصبية”.
لماذا نعتبره بهذه الاهمية؟
تمكن دراسة تركيب البروتينات الجديدة العلماء من معرفة الدوائر العصبية وتحديد كيفية عملها وبالتالي التحكم بها عن طريق الهندسة الوراثية لتحويلها الى نوع أكثر فعالية وخالٍ من الأمراض على سبيل المثال تلك الخلايا العصبية المسؤولة عن الذكريات يمكن فيما بعد ومع التقدم العلمي أن نقوم بإطفائها كما نطفئ المصباح الكهربائي.
كذلك تم اكتشاف نوع جديد من البروتينات يدعى ماك (Mac) وهو مسؤول عن تثبيط النقل العصبي عند التعرض للضوء الأزرق وليس الأصفر .
وعن طريق أدخال ماك في احد مكونات الخلايا العصبية مع مادة آخرى حساسة للضوء الأصفر يمكننا ان نفتح ونغلق الخلية العصبية مثل المصباح الكهربائي.
إذاً هل يمكن أستخدام الجينات البصرية في علاج أمراض الانسان؟
يقول بويدن (Ed Boyden) والذي يعمل مع شركة ايوس (Eos) المسؤولة عن أجراء تجارب في أستخدام علم البصريات الوراثي لعلاج العمى، أنهم سوف يبدئون بآجراء التجارب العملية على الانسان خلال العقد القادم وسيتم تجريب الجينات الوراثية في علاج العمى وكذلك علاج جروح الحبل الشوكي.
ونجاح هذه الجهود يعتمد الى حد كبير على قدرة العلماء على توصيل الجينات بطريقة آمنة وفعالة إلى الآعصاب، فهي عملية غير سهلة على الأطلاق.
حتى اذ لم تنجح الجينات البصرية في العلاج كما نجحت في الحيوانات والقرود والحشرات ، فمجرد أكتشافها سيعتبر نقلة كبيرة في تاريخ الطب كما قال دكتور بويدن.
من الممكن أن تستطيع الجينات البصرية بمعرفة الخلايا والدوائر العصبية المسؤولة عن الأمراض العصبية الشائعة مما يسهل أستهدافها فيما بعد سواء بالأدوية او حتى الأشعاع العميق للمخ، وكذلك قد تقود إلى المبادئ الحقيقية للعلاج.
https://www.newscientist.com/article/dn18353-optogenetics-controlling-brain-cells-with-lasers/
