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        光遺傳學(xué)的當(dāng)前和未來應(yīng)用
        
			
        
				2019-12-02 10:50:18
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        光遺傳學(xué)是使用光來控制細(xì)胞行為的科學(xué)。它是應(yīng)用研究領(lǐng)域中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。光遺傳學(xué)技術(shù)能夠控制可電刺激的細(xì)胞，例如肌肉或神經(jīng)細(xì)胞。
        

        為了使神經(jīng)元對(duì)光敏感，它裝有稱為視紫紅質(zhì)的特殊光敏蛋白。這些與我們?cè)妇爸猩婕暗南嗨啤?/p>

        視用于修飾神經(jīng)元的特定視紫紅質(zhì)而定，當(dāng)被照亮?xí)r，它將傳輸或阻斷神經(jīng)沖動(dòng)。這樣可以控制單個(gè)器官，身體部位，甚至整個(gè)生物體的行為。
        

        光遺傳學(xué)的當(dāng)前和未來應(yīng)用
        

        例如，光可以用來阻擋疼痛信號(hào)。全球許多人都經(jīng)歷著慢性痛苦。所有當(dāng)代醫(yī)學(xué)必須提供的止痛藥，通常會(huì)導(dǎo)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(fù)視力的可能性。在某些視網(wǎng)膜細(xì)胞受損的情況下，這確實(shí)是一種選擇。通過在所謂的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中引起光敏性，可以在某種程度上恢復(fù)失去的視力，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞通常從其他專門細(xì)胞接收視覺信息，而不是直接吸收光。
        

        現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重大進(jìn)步使我們能夠通過服用藥丸和接受各種治療來大大延長(zhǎng)人的壽命。但是，如果患者患有與衰老相關(guān)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(zhì)量必然會(huì)惡化。
        

        科學(xué)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(xué)在這方面也有發(fā)言權(quán)：它可以為當(dāng)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(shù)依賴于電極的非常精確的定位，無論它們的類型如何，都會(huì)激發(fā)大量周圍的神經(jīng)元。
        

        相比之下，光遺傳學(xué)技術(shù)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(shù)還可以實(shí)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(xué)升級(jí)來糾正心率異常。通過將適當(dāng)?shù)囊曌霞t質(zhì)引入竇房結(jié)(也稱為心臟的自然起搏器)，可以利用人體的天然機(jī)制通過光脈沖來調(diào)節(jié)收縮率。
        

        但是，如果將視紫紅質(zhì)植入心肌細(xì)胞(構(gòu)成心肌的細(xì)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(xué)起搏器的原理。
        

        光遺傳學(xué)可以幫助癱瘓患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。這將涉及使用光激活修飾的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，進(jìn)而觸發(fā)肌肉收縮。
        

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

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

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

        希望，目前正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)將減輕患者對(duì)將異源基因引入體內(nèi)的焦慮感。該技術(shù)是非常安全的，現(xiàn)在是要確保允許廣泛使用這些蛋白質(zhì)遞送方法的問題。
        

        毫無疑問，光遺傳學(xué)最終可以用于修復(fù)人體衰竭的器官。基因療法將使我們能夠完全無創(chuàng)地做到這一點(diǎn)。” MIPT膜蛋白高級(jí)研究實(shí)驗(yàn)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(jí)'我們的身體!”
        
			

			
          
        
			
        
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