iluminando hacen su propia luz

Luminopsins inscríbete resplandeciente + módulos sensibles a la luz

Ciencias de la Salud de Emory

La bioluminiscencia de las células cultivadas en una matriz multielectrodo, al lado de una fibra óptica más cable.view

Crédito: Jack Tung

Optogenética ha tomado la neurociencia por la tormenta en los últimos años debido a que la técnica permite a los científicos estudiar el cerebro convenientemente en animales, activando o inhibiendo grupos seleccionados de neuronas en el toque de un interruptor. Muy a menudo, los científicos utilizan un cable de fibra óptica para suministrar luz en el cerebro.

Los investigadores de Emory y Georgia Tech han desarrollado herramientas que podrían permitir a los neurocientíficos a dejar a un lado el cable de fibra óptica, y utilizan una proteína brillante de coral como fuente de luz en su lugar.

estudiante de ingeniería biomédica Jack Tung y un neurocirujano / neurocientífico Robert Gross, MD, PhD han denominado estas herramientas “luminopsins inhibitorias”, ya que inhiben la actividad neuronal tanto en respuesta a la luz y a un producto químico suministrado desde el exterior.

Una demostración de las capacidades de los luminopsins ‘fue publicado el 24 de septiembre en los Informes journalScientific. Los autores muestran que estas herramientas les permitieron para modular la activación neuronal, tanto en cultivo como in vivo, y modificar el comportamiento de los animales vivos.

Tung y Gross están utilizando luminopsins inhibidores para estudiar maneras para detener o prevenir las convulsiones en animales.

“Creemos que este enfoque puede ser particularmente útil para modelar los tratamientos para las convulsiones y convulsiones que involucran múltiples áreas del cerebro generalizadas”, afirma Tung. “También estamos trabajando en hacer luminopsins que responden a la actividad de ataques: encender la luz sólo cuando es necesario, de una manera controlada retroalimentación de bucle cerrado”.

Gross es un profesor de neurocirugía y neurología de la Escuela de Medicina de la Universidad de Emory y en el Wallace H. Coulter Departamento de Ingeniería Biomédica de Georgia Tech y la Universidad de Emory. Tung es un MD, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica. Co-autor Claire-Anne Gutekunst, PhD es profesor asistente de neurocirugía.

En la optogenética convencional, los científicos utilizan técnicas de ingeniería genética para que las neuronas de los animales producen proteínas sensibles a la luz llamados opsinas. Estos opsinas, que provienen de diversas algas y bacterias tolerantes a la sal, responden a una determinada longitud de onda de la luz moviendo iones a través de la membrana celular – por lo tanto estimular o silenciar las neuronas en el que se expresan. Sin embargo, los cables de fibra óptica, el modo habitual de aportar la luz necesaria para activar las opsinas, tienen un alcance limitado en el cerebro, plantean un riesgo de infección y pueden limitar los movimientos de los animales.

Para el suministro de luz a nivel local e internamente, el equipo tomó la enzima luciferasa de la coral blando Renilla, que brilla en presencia de su sustrato luciferina, y se fusiona a una opsina inhibitoria – la creación de una nueva proteína de fusión denomina un luminopsin inhibitoria (de “opsina luminiscente “). Un luminopsin excitatorio ha sido reportado por otros científicos, pero sus propiedades se demostró sólo en las células cultivadas.

Para demostrar que luminopsins podrían modular el comportamiento de animales vivos, inyectaron un vector que codifica el gen inhibidor luminopsin en el globo pálido de ratas, en un solo lado del cerebro. Dos semanas más tarde, las ratas fueron inyectadas con luciferina. El globo pálido está involucrado en el control motor, y la presencia de luciferina tenido el efecto de desactivar el globo pálido. En respuesta a la anfetamina de drogas, los animales girar preferentemente en una dirección, que imitaba el comportamiento que se produce cuando el globo pálido está dañado en un lado.

“Elegimos a hacer las pruebas de rotación, ya que eran simples y fáciles de medir”, dice Tung. “También queríamos mostrar que la expresión de luminopsin que pudiera extenderse a múltiples estructuras en el cerebro.”

Los investigadores también demostraron que luminopsins y luciferasa al mismo tiempo puede suprimir la actividad neuronal en el hipocampo, otra región del cerebro, en ratas anestesiadas.

Los autores señalan que técnicas similares se han utilizado para estimular las neuronas seleccionadas en animales con drogas de diseño, pero concluyen que luminopsins podría estar más limpio y más fácil de usar, al tiempo que ofrece a los científicos la elección de influir en la actividad neuronal con la luz o un producto químico suministrado externamente que es de otro modo inerte.

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