En optogenética, ¿cómo se asegura que solo las células objetivo, no las células vecinas, terminen con la rodopsina?

Las canaldodopsinas (ChR) son canales iónicos que permiten el paso condicional de los iones dependiendo del estado de isomerización de su molécula asociada de la retina y son lo que hace posible la optogenética, porque permiten que la luz se transduzca (a través de la retina) en actividad eléctrica. Lo que los hace particularmente útiles es que la mayoría de los ChR están codificados por un solo gen; Esto significa que si una célula es capaz de transcribir y traducir un gen ChR (y tiene retina libre, lo cual es cierto para la mayoría de las células), puede producir proteínas ChR sensibles.

El hecho de que los ChR dependen de la maquinaria de la célula para la transcripción es de donde proviene su especificidad celular. Los marcos de lectura abiertos para las proteínas ChR pueden colocarse aguas abajo de los promotores específicos de células y de tipo celular, lo que garantiza que solo las células que le interesan expresan ChR (y, por lo tanto, pueden responder a la luz).

Al menos en C. elegans (el sistema con el que estoy más familiarizado), se puede usar alguna combinación de promotores o cascadas reguladoras de la transcripción para restringir la expresión génica a cada neurona individual, por lo que no tiene que preocuparse un poco por tener Óptica elegante que puede iluminar un puñado de neuronas. No estoy tan familiarizado con otras especies, pero estoy bastante seguro de que existe un conjunto de promotores restrictivos que le permiten especificar pequeños subconjuntos de células que expresarán ChR.

Según tengo entendido, empalman genes en neuronas que producen varias proteínas sensibles a la luz. Esto les permite usar la luz para encender y apagar las neuronas. La principal ventaja de esto es que es mucho más rápido y más preciso que otras técnicas. Implantarán fibra óptica o LED controlados a distancia para ir a áreas específicas del cerebro, y luego podrán controlar exactamente cuándo las células harán qué (dependiendo de dónde colocan las luces y qué tipos de proteínas programan en las células) . Parece una técnica muy genial que ha abierto muchas rutas nuevas para el estudio de la actividad neuronal y las interfaces neuronales.
Los científicos han desarrollado una forma de controlar el cerebro de las personas mediante la emisión de luz en su cerebro. ¡Cuidado! (no exactamente, pero, ya sabes …)

Espero que alguien más dé una respuesta más precisa / informada, no trabajo con estas técnicas, pero por lo que sé:

  • Es posible que las células vecinas se transfecten y necesita encontrar formas de controlar eso y su efecto.
  • Es posible crear un mutante para que solo una línea celular / tipo celular exprese channelrhodhopsin y esta célula pueda ser lo suficientemente escasa para el estímulo focal
  • Existen técnicas recientes que dan forma al estímulo de luz a una forma de precisión bastante alta (10 micras ^ 2) que podría apuntar a un soma y estimular de manera focal

Si es importante para un experimento que solo ciertas neuronas tienen la proteína sensible a la luz, puede usar métodos como la transfección viral o la electroporación para asegurarse de que ALGUNOS expresen la proteína.

Sin embargo, podría simplemente manipular genéticamente a los animales para que lo expresen en todo el tejido neural y luego usar la luz solo en estructuras específicas en el cerebro a través de una ventana transparente en el cráneo del animal,

La técnica más utilizada son los animales transgénicos. Estos animales expresan la enzima recombinasa Cre en un tipo específico de célula, luego inyectan una opsina dependiente de Cre para que sea activa.

In vivo, es posible iluminar una región del cerebro, que depende de la fuente de luz (energía, fibra óptica). Quizás in vitro sería posible aislar y acceder a una sola neurona.