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      光遺傳學的當前和未來應用
      
			
      
				2019-12-02 10:50:18
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      光遺傳學是使用光來控制細胞行為的科學。它是應用研究領域中發(fā)展最快的領域之一。光遺傳學技術能夠控制可電刺激的細胞，例如肌肉或神經(jīng)細胞。
      

      為了使神經(jīng)元對光敏感，它裝有稱為視紫紅質的特殊光敏蛋白。這些與我們愿景中涉及的相似。
      

      視用于修飾神經(jīng)元的特定視紫紅質而定，當被照亮時，它將傳輸或阻斷神經(jīng)沖動。這樣可以控制單個器官，身體部位，甚至整個生物體的行為。
      

      光遺傳學的當前和未來應用
      

      例如，光可以用來阻擋疼痛信號。全球許多人都經(jīng)歷著慢性痛苦。所有當代醫(yī)學必須提供的止痛藥，通常會導致患者產(chǎn)生藥物依賴性或副作用。
      

      光敏蛋白的概念自然表明盲人有恢復視力的可能性。在某些視網(wǎng)膜細胞受損的情況下，這確實是一種選擇。通過在所謂的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞中引起光敏性，可以在某種程度上恢復失去的視力，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞通常從其他專門細胞接收視覺信息，而不是直接吸收光。
      

      現(xiàn)代醫(yī)學的重大進步使我們能夠通過服用藥丸和接受各種治療來大大延長人的壽命。但是，如果患者患有與衰老相關的腦部疾病，例如阿爾茨海默氏病或??帕金森氏病，那么他們的生活質量必然會惡化。
      

      科學家正在研究治療這些疾病或至少減輕癥狀的方法。光遺傳學在這方面也有發(fā)言權：它可以為當前流行的稱為深部腦刺激的治療程序提供替代方案。
      

      后者涉及使用植入的電極來電刺激大腦的特定區(qū)域。該技術依賴于電極的非常精確的定位，無論它們的類型如何，都會激發(fā)大量周圍的神經(jīng)元。
      

      相比之下，光遺傳學技術提供了選擇性激發(fā)特定類型神經(jīng)元的方法。除此之外，最新的激光技術還可以實現(xiàn)高精度的光束定位，這意味著不再需要將金屬電極植入大腦。
      

      甚至心臟也可以通過光遺傳學升級來糾正心率異常。通過將適當?shù)囊曌霞t質引入竇房結(也稱為心臟的自然起搏器)，可以利用人體的天然機制通過光脈沖來調節(jié)收縮率。
      

      但是，如果將視紫紅質植入心肌細胞(構成心肌的細胞)中，則可以直接控制心律。這是目前正在開發(fā)中的光遺傳學起搏器的原理。
      

      光遺傳學可以幫助癱瘓患者恢復運動功能。這將涉及使用光激活修飾的運動神經(jīng)元，進而觸發(fā)肌肉收縮。
      

      另一個可能的替代方法是修改肌肉細胞本身，然后直接在其上使用光以產(chǎn)生收縮。在這種設置中，我們可以拾取與彎曲手臂相關的大腦信號，并通過照亮所涉及的肌肉進行響應，從而引起手臂彎曲。
      

      現(xiàn)在僅對模型生物(例如小鼠和魚)進行此類實驗。這是由于必須使用病毒將視紫紅質(該方法的核心蛋白質)傳遞到細胞中這一事實。
      

      病毒將編碼某種蛋白質的基因帶入細胞，然后該細胞開始產(chǎn)生該蛋白質。在許多國家，這種程序被稱為基因療法，受到嚴格管制或完全禁止。
      

      希望，目前正在進行的實驗將減輕患者對將異源基因引入體內的焦慮感。該技術是非常安全的，現(xiàn)在是要確保允許廣泛使用這些蛋白質遞送方法的問題。
      

      毫無疑問，光遺傳學最終可以用于修復人體衰竭的器官?；虔煼▽⑹刮覀兡軌蛲耆珶o創(chuàng)地做到這一點。” MIPT膜蛋白高級研究實驗室的Vitaly Shevchenko說。“如果需要的話，甚至可以通過用更有效的組件替換某些零件來'升級'我們的身體!”
      
			

			
        
      
			
      
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