Entwicklung justierbarer optogenetischer Methoden

Derzeit sind optogenetische Methoden nicht genau genug, um neuronale Aktivitäten manipulieren zu können, was sie für die empfindliche Umgebung des Gehirns ungeeignet macht. Forscher zeigten nun, dass Optogenetik tatsächlich ein hervorragend einstellbares Instrument zur Beobachtung und Manipulation neuronaler Aktivitäten sein kann.

Grundlagenforschung

Gesundheit

Jüngsten Untersuchungen zufolge ist es mit optogenetischen Techniken möglich, die Anregung und Hemmung der neuronalen Schaltkreise in Einklang zu bringen. Allerdings stehen dem noch nichtlineare Interaktionen zwischen koexprimierten Opsinen entgegen. Diese Proteine werden derzeit in den meisten optogenetischen Studien eingesetzt. Obwohl in der Optogenetik schon Fortschritte beim Einsatz koaktivierter Opsine gemacht wurden, um neuronale Aktivitäten zu modulieren, sind die Mechanismen dieser Interaktionen noch ungeklärt. Die EU-finanzierte Projekt COMP-OPTOGEN (Computational optogenetics for the characterization and control of cortical activity) sollte diese Wissenslücke in der Optogenetik nun schließen und eine Technologie für genauer kontrollierbare Experimente entwickeln. COMP-OPTOGEN untersuchte an In-vitro- und In-vivo-Modellen die Effekte koaktivierter Opsine in isolierten Neuronen bzw. Netzwerken. Hierfür wurden auch Computermodelle für koaktivierte Opsine in Einzelzellen und ein Modell der Schaltkreise im Gehirn analysiert. Die Forscher korrelierten die Opsineigenschaften mit der neuronalen Dynamik, um die Kinetik optimal auf die neuronalen Eigenschaften abzustimmen. COMP-OPTOGEN untersuchte Koexpression und -aktivierung von Opsinen in neuronalen Populationen, damit sowohl exzitatorische als auch inhibitorische Opsine in einem einzelnen Neuron ermittelt werden können. Die Kombination aus Computermodellen und experimentellen Ergebnissen lieferte COMP-OPTOGEN wichtige Erkenntnisse: Zum Einen einen deutlichen Zusammenhang bei den unterschiedlichen Interaktionen von Opsin mit Neuronen, zum anderen fand man heraus, dass es möglich ist, Neuronen über zweifache Aktivierung zu modulieren. Das Team etablierte auch Protokolle, um die Feuerungsrate von Neuronengruppen zu verändern, ohne die Art der Feuerung zu stören. Damit zeigen die Ergebnisse, dass sich optogenetische Methoden für die genaue Modulation neuronaler Aktivitäten eignen.

Schlüsselbegriffe

Optogenetik, neuronale Aktivität, Gehirn, koaktivierte Opsine, COMP-OPTOGEN

Computational optogenetics for the characterization and control of cortical activity

Entwicklung justierbarer optogenetischer Methoden

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