Optogenetiğin İlk Deneyine İçerden Bakış

2004’ün Ağustos ayının erken saatlerinde, bugün Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde nörolojist olan Ed Boyden, Stanford Üniversitesi’nde yüksek lisans danışmanı Richard Tsien’in laboratuvarındaki patch clamp elektrofizyoloji cihazına oturdu. Nihayet dört yıldan fazla süredir üzerinde çalıştığı bir fikri test etmeye hazırdı: ışıkla beyin hücrelerini kontrol etmek.

Optogenetik deneyi için hazırlık olarak, ışıkla açılıp kapanan bir kasyon kanalı olan kromodin protein 2 (ChR2) ifade eden sıçan hipokampal nöronlarını kültüre etti.1 O dönemde araştırmacılar, bu kimyasalın tüm-trans-retinal sağlanmadan ChR2’yi retina dışı hücrelerde aktive edebilecek olup olamayacaklarından emin değildi, ancak Boyden bunu denemeyi planlıyordu. Mavi ışığın varlığında, voltaj kayıtlarında kanal kaynaklı artmış nöronal etkinin bir göstergesi olarak tepkilerin belirmesini umuyordu.

Boyden nöronları mikroskopa yerleştirdi, elektriksel akımları ölçmek için bir hücreye elektrot yerleştirdi ve mavi ışığı açtı. “Sonraki adımda ne olacağı biraz belirsizdi,” diye hatırladı Boyden. Mavi ışık nabızlar halinde geldiği sırada Boyden’in kalbi hızla çarptı. Kayıt ettiği ilk nöronda, burada resmedilen görüntüye benzer şekilde, nöronal etkindeki tepkilerin mavi ışığı zamansal doğrulukla takip ettiğini izledi. “En büyük tesadüfi buluş, güvenlik, güç ve hızın ötesinde, bu kimyasalın ne kadar tuhaf ve bilinmeyen bir nedenle memelilerde nöronlarda mevcut olmasıydı,” dedi Boyden.

Boyden o gece, Stanford Üniversitesi’nde nörolojist Karl Deisseroth ile yürütülen uzun süredir devam eden bir işbirliğinin sonucu olan 2005 Nature Neuroscience makalesinin temellerini atan bir deneyle uğraştı.2 Önceki yıllarda Boyden ve Deisseroth, beyin etkinliğini kontrol etmek için yenilikçi nöroteknolojiler geliştirmeyi hayal ediyordu. “O gece verileri görmek şeyi gerçek olmaya başlattı,” dedi Boyden.

1. Nagel G, et al. Channelrhodopsin-2, doğrudan ışıkla açılan katyon-seçici bir membran kanalı. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(24):13940-13945.
2. Boyden ES, et al. Sinirsel aktivitenin milisaniyelik ölçekli, genetik olarak hedeflenen optik kontrolü. Nat Neurosci. 2005;8:1263-1268.