科技日報北京5月27日電 （記者張夢(mèng)然）杜克-新加坡國立大學(xué)醫學(xué)院研究人員發(fā)現，一種新型光敏蛋白能夠利用光關(guān)閉腦細胞，這為研究大腦功能提供了一種前所未有的有效工具。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》上。
光遺傳學(xué)是一種通過(guò)生物工程改造特定細胞，使其包含能充當開(kāi)關(guān)的光敏蛋白技術(shù)。攜帶光遺傳開(kāi)關(guān)的神經(jīng)元和神經(jīng)細胞，可用于研究不同細胞如何參與各種腦回路和行為模式。
研究人員發(fā)現，一種特定的通道——鉀通道視紫紅質(zhì)，可作為調節3種關(guān)鍵實(shí)驗動(dòng)物（魚(yú)、蠕蟲(chóng)和蒼蠅）腦細胞活動(dòng)的有效工具。鉀通道就像細胞膜上的小門(mén)，當暴露在光線(xiàn)下時(shí)，小門(mén)就會(huì )打開(kāi)，讓鉀離子流過(guò)，幫助平息腦細胞活動(dòng)。
鉀離子對于人體細胞的電功能至關(guān)重要，而鉀通道是存在于細胞膜中的一種特殊蛋白質(zhì)。它們調節鉀離子在細胞膜上的流動(dòng)，以維持各種細胞過(guò)程，對神經(jīng)沖動(dòng)傳遞、肌肉收縮和細胞液平衡起關(guān)鍵作用。
光觸發(fā)時(shí)，新的鉀通道讓鉀離子離開(kāi)神經(jīng)元，從而改變跨膜電梯度。這種超極化變化使神經(jīng)元難以產(chǎn)生動(dòng)作電位。如果沒(méi)有動(dòng)作電位，神經(jīng)元與其他細胞的通信就會(huì )受到極大抑制甚至沉默。
新成果為研究腦區間復雜相互作用開(kāi)辟了令人興奮的途徑，也為探索神經(jīng)退行性、神經(jīng)發(fā)育和精神疾病背后的病理機制提供了有前途的方法。這些工具將為科學(xué)家提供深入探索大腦內部機制的途徑，推動(dòng)對大腦功能的全面理解，為攻克多種腦部疾病奠定基礎，以實(shí)現有效治療。
【總編輯圈點(diǎn)】
光遺傳學(xué)2005年才誕生。它通過(guò)在神經(jīng)細胞中表達光敏蛋白，響應不同波長(cháng)的光刺激實(shí)現對神經(jīng)功能的調控。人類(lèi)擁有了這種精準操控大腦的工具，對神經(jīng)元之間作用的理解也更深入了。光遺傳學(xué)應用無(wú)疑是神經(jīng)科學(xué)研究的跨越式進(jìn)步。目前，科學(xué)家正在嘗試利用光遺傳學(xué)手段治療嗜睡、抑郁、恐懼、焦慮、疼痛等各種頑疾，甚至還有嘗試治療失明、老年癡呆和糖尿病的項目。未來(lái)，“一束光照亮生命”將不僅僅是個(gè)美好愿望。
【關(guān)閉】
