A Nobel-díjas módszer forradalmasította az idegtudományt

Az idei orvosi-élettani Nobel-díjjal elismert optogenetikai eljárás olyan forradalmian új módszer, amely lehetővé teszi a meghatározott idegsejtcsoportok és a viselkedés közötti ok-okozati kapcsolat feltárását - hangsúlyozta Acsády László Széchenyi-díjas neurobiológus.

A magyar tudós kifejtette: a módszer segítségével megfelelő hullámhosszúságú fényimpulzusokkal célzottan befolyásolható, serkenthető vagy gátolható a konkrétan meghatározott idegrendszeri csoportok aktivitása.

Ez úgy vált lehetségessé, hogy a kutatók az ostoros zöldmoszat membránjából kinyerték és klónozták egy fényérzékeny molekula génjét. Ha ezt a sejthártyában elhelyezkedő molekulát fény éri, a szerkezete megváltozik: kis csatornaként megnyílik, így az ionok be- és kiáramlása módosítja a sejt polarizáltságát. Ha ezt a fényérzékeny molekulát vírusinjekcióval bejuttatják az idegsejtekbe, majd száloptikán keresztül megfelelő hullámhosszú és időzítésű fényimpulzusokkal megvilágítják, az idegsejtek a kívánt mintázat szerint lépnek működésbe, vagy gátlás esetén teljesen elcsendesíthetők.

Példaként említette, hogy ha a molekulát az ébresztőrendszer egy jól meghatározott idegsejtcsoportjában fejeztetik ki és megvilágítják, a kísérleti állat rövid időn belül felébred, és teljesen normális viselkedést mutat. Gátlással ugyanakkor megakadályozható a felébredés, ami közvetlen bizonyítékot szolgáltat az adott sejtcsoport szerepére. Az eljárás eszköztára ma már az idegrendszer szinte minden aktivitásánál - az agressziótól a szexuális és táplálkozási folyamatokon át a félelemig, a szorongásig és a tanulásig - alkalmazható.

A neurobiológus rámutatott: a módszert jelenleg elsősorban egereken alkalmazzák, embernél egyelőre csak a retinában jön szóba a technológia. Mivel azonban az emlősök idegrendszerének felépítése hasonló, ha a kísérletek során egérben azonosítanak egy-egy stresszért vagy szorongásért felelős sejtcsoportot, anatómiai módszerekkel igazolható annak emberi jelenléte is. Ezáltal új gyógyszercélpontok (targetek) határozhatók meg, amelyekre hatékony humán terápiák fejleszthetők ki.

Arra a kérdésre, hogy emberi agyba ültetnek-e majd száloptikát a Parkinson-kóros betegeknél alkalmazott mély agyi stimulációs elektródákhoz hasonlóan, a kutató elmondta: léteznek már kezdeti lépések, de a technológia hosszú távú alkalmazhatóságához még rendkívül szigorú ellenőrzésekre és klinikai vizsgálatokra van szükség, így a humán alkalmazás ideje jelenleg még megjósolhatatlan.

Acsády László kitért arra is, hogy a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben (KOKI) több kutatócsoport is dolgozik az eljárással. Az intézeten belül 2014-ben az ő Thalamusz-kutatócsoportjuk alkalmazta elsőként az optogenetikai módszert élő állatban: egérmodelleken végzett kísérleteikben képesek voltak célzottan ki- és bekapcsolni az idegsejteket, ezzel feltárva az alvási fázisok váltakozását, az ébrenlét fenntartását, valamint a stressz és a szorongás kialakulásának hálózati mechanizmusait.

Dér András, a Szegedi Biológiai Kutatóközpont Biomolekuláris elektronika kutatócsoportjának vezetője az MTI-nek elmondta, hogy a magyar biofizikusoknak már az 1980-as évek óta aktív kutatási kapcsolatuk volt Ernst Bamberggel, a frankfurti Max Planck Biofizikai Intézet professzorával, akinek laboratóriumában Georg Nagel is dolgozott.

A szegedi kutató, aki ösztöndíjasként több alkalommal is hosszabb ideig részt vett a laboratórium munkájában, és Georg Nagellel is dolgozott együtt, felidézte, hogy a német kutatók akkoriban fejlesztették tökélyre a membránfehérjék - például az ioncsatornák - működésének tanulmányozását szolgáló bimolekuláris lipid membrán módszert, amelynek megalapozásában magyar szakemberek is fontos szerepet játszottak.

A német kutatók először békapetébe – amely viszonylag nagy mérete miatt volt alkalmas erre a műveletre - ültették be a zöldmoszat membránjában azonosított fényérzékeny membránfehérje génjét. Majd később a kísérletek során gyakorta használt fonalféregbe, a Caenorhabditis elegansba juttatták be a gént, amelynek megjelenését látványos, az interneten a mai napig fellelhető kísérlettel demonstrálták: az így módosított, egy milliméteres, átlátszó fonalféreg kék fény hatására megdermedt, a megvilágítás elvétele után pedig újra mozogni kezdett – mondta Dér András a Nemzeti Tudósképző Akadémia nemzetközi mentorai között is szereplő Georg Nagel kutatásairól szólva.