광유전학이 열리면 뇌의 비밀이 "노출" 됩니다

신경생물학 개척자 카할 (Santiago Ramón y Cajal) 은 그가 본 뇌 조직을' 난공불락의 정글' 이라고 비유해 구조가 복잡하고 탐구가 어렵다는 것을 시사했다. < P > 갈릴레오 시대부터' 연구하고 싶다, 먼저 통제한다' 는 것은 과학 탐구의 규황이 되었으며, 실험 현상의 각 변수를 통제할 수 있어야 복잡하고 복잡한 표면 현상 뒤에 추상적인 이론을 꿰뚫어 볼 수 있다. 신경과학도 예외는 아닙니다. 수백 억 개의 신경 세포로 구성된 매우 복잡한 신경 네트워크인 뇌를 연구하기 위해 과학자들은 특정 지역 내의 신경 세포를 정확하게 선별적으로 자극할 수 있는 독특한 기술이 절실히 필요합니다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)

그것은 최근 몇 년 동안 새롭게 부상한' 광유전학' 이다. < P > 광유전학 (Optogentics) 이 최고급 과학지' Nature' 의 올해의 기술계관을 수상했다.

' 광유전학' 이란 무엇입니까? < P > 광유전학은 유전학의 원리를 이용하여 광민 이온 채널 (주로 시단백질) 특이성을 특정 유형의 신경세포에 표현하는 기술이다. 이를 통해 과학자들은 빛 자극을 통해 이 신경세포의 방전 패턴을 바꾸고 그들의 기능을 연구할 수 있다. < P > 광유전학은 언뜻 보면 복잡하지만, 사실 생각은 매우 간단하다. < P > 우선' 빛' 부분이다. 과학자들은 각종 생물에서 빛에 민감한 독특한 단백질, 즉 시단백을 선별한 다음 그 단백질을 인코딩하는 유전자 조각을 찾는다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 시단백질이란 세포막에 붙어 있는 광민 이온 통로로, 빛에 자극을 받은 후 특정 이온을 세포 안으로 열고 운반하여 세포의 전기 활동을 통제한다. 시신 가문은 다양한 생물에 광범위하게 분포되어 있으며, 신비롭지 않다. 우리 눈의 망막에는 시자홍색 (일종의 시단백질) 이 가득한 시콘 세포와 시봉 세포가 있는데, 바로 그들이 빛을 전기 신호로 변환하여 뇌에 보내게 하는 것이다. 결국 우리는 대뇌시각 피질에 오색찬란한 시각을 형성하게 된다. 아래 그림 참조:

다양한 시각 단백질. 인용문: yuan mei, feng Zhang. (212) molecular tools and approaches for opto genetics. biol psychiatry, 71,133– < P > 그럼' 유전' 부분이 등장합니다. 유전공학을 통해 과학자들은 특정 종류의 시신 유전자를 가지고 있는 바이러스 전달체를 만들어 배양한 실험동물에 감염시킨 다음 다양한 조작을 통해 시신 특이성을 특정 종류의 신경세포에 표현했다. 그 이후로, 새로운 종류의 유전자 변형 실험 동물이 탄생했고, 그들의 뇌에는 이런 종류의 신경 세포만 빛에 민감할 것이다.

큰 성공을 거두었습니다! < P > 우리는 레이저가 높은 공간 정밀도, 높은 시간 정밀도, 높은 세포 특이성 조명으로 목표 세포를 자극하고 뇌의 다양한 반응을 관찰하여 서로 다른 신경세포 간의 기능적 연결을 연구하는 편리한 실험 제어 수단을 제공할 수 있도록 할 수 있다 (아래 참조). < P > 레이저를 비출 때 시단백질이 있는 X 형 신경세포를 선택적으로 자극해 인근 Y 류에 영향을 주지 않고 X 형 신경세포가 목표세포 Z 에 미치는 영향을 단독으로 연구할 수 있고, 전통적인 전극 자극은 XY 두 종류의 세포를 동시에 활성화시킨다. 인용: Ryan T. la Lumiere. (211) a new technique for controlling the brain: opto genetics and its potential for use in research < P > 이 기술은 일단 출시되면 신경과학계의' 향과자' 가 되어 즉시 각 실험실에서 각종 뇌과학 연구에 널리 사용되고 있다. 스탠퍼드 대학의 연구원들은 실험동물 뇌의 전두엽이 시신 표현을 한 후 진행한 연구가 결국 행동에 매우 중요한 뉴런들을 배치해 의사결정 메커니즘을 탐구하고 우울증을 치료하는 데 큰 기여를 했다. 샌디에고의과대학의 연구자들은 광유전자극인을 이용해 실험동물 신경세포의 장기 향상 (LTP) 과 장기 억제 (LTD) 를 유발해 메모리 형성 과정을 통제하고 메모리 형성 연구를 추진했다. 일본의 노상 수상자인 리근천진도 기존 면역학 연구 분야를 뛰어넘어 광유전학을 통한 신경계 연구에 돌입했다. 그는 광유전학 기술을 통해 쥐가 기억과 감정의 연관에 이상이 생기게 하는 데 성공했다. 감정과 기억의 관계를 탐구하는데 두드러진 공헌을 했다. 우리나라 학자들도 과학기술의 물결을 바짝 따라가며 광유전기술을 이용해 후각, 행동동기, 파킨슨병 등 신경계 질환에 대한 많은 연구를 벌여 세계 선두에 섰다. < P > 하지만 여전히 이 신흥 기술의 머리 위에 음운이 감돌고 있다. 바로 그것의' 유전' 부분이다. 광유전학은 정확하고 빠르게 보이지만, 초기 유전 공학은 매우 복잡하여, 벡터 바이러스를 구축하고 실험 동물계를 육성하는 것은 모두 큰 일이다. (윌리엄 셰익스피어, 유전학, 유전학, 유전학, 유전학, 유전학, 유전학, 유전학, 유전학) 따라서 광유전학의 응용은 특정 계통의 쥐와 쥐에게만 국한될 수밖에 없다. 갠지스 강원숭이, 인간 등 영장류는 생육주기가 길고 수정란이 유전자 조작이 어렵고 실험품계가 구축되지 못하고 윤리 등의 이유로 광유전학 연구를 할 수 없다. 이는 고급 신경활동 분야에서 광유전학의 실험 전망을 거의 차단하는 것과 같다. < P > 그럼' 유전학을 사용하지 않는 광유전학' 이 있나요? < P > 신기술이 밝은 전망을 가져왔다. < P > 지난 3 월 미국 시카고대 연구자들의 혁신적인 기술로 과거의 골칫거리가 더 이상 문제가 되지 않았다. < P > 그들은 신경세포가 국부 온도가 상승한 후 흥분할 수 있는 특징을 이용해 나노 금속 알갱이로 신경세포를 부착한 다음 금속 알갱이를 가열하여 특정 신경세포를 흥분시키는 아이디어를 생각해냈다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 그들은 직경 2nm 의 금과립을 전갈독에서 추출한 Ts1 분자와 결합하여 금알갱이를 신경세포 표면에 단단히 결합시켰다. 그리고 레이저가 세포를 밝자마자 흥분한 결과입니다. Ts1 금과립과 각종 항체 결합 후에도 선별적으로 서로 다른 뉴런을 결합시켜 기존 광유전학의 효과를 완벽하게 실현하고 유전자 개조의 제한에서 벗어날 수 있다. < P > 빛으로만 세포를 비추면 어떤 목적유전자의 표현도 빠르게 시작하거나 종료할 수 있다. < P > 이 기술은 고급 복잡한 신경활동뿐만 아니라 임상 치료에도 사용될 수 있다. 연구자들은 이 기술을 망막병변이 실명한 환자에게 적용해 환자가 빛을 다시 볼 수 있도록 하고 있다. < P > 신경과학은 물리학적으로 갈릴레오가 실험 변수를 제어함으로써 물리 법칙을 총결하는 것처럼 단순한 관찰 축적에서 통제 연구 단계로 들어가야 할 필요성이 절실하다. 광유전학은 이미 멋진 발걸음을 내디뎠지만, 유전공학의 제한으로 인해 인간, 갠지스 강원숭이 등 영장류에는 적용되지 않고 고급 신경활동 문 앞에서 멈춘다. 지금, 나노 골드 입자 기술은 과학 연구자들이 미래 (아마도 올 하반기부터) 보다 다양한 종에 대해 광자극 연구를 할 수 있도록, 뇌의 미지의 정보를 더 드러내고, 뇌를 이해하기 위해, 뇌를 통제하기 위해 새로운 길을 개척할 수 있도록 하는 새로운 희망을 주었다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 이것은 중요한 기술 발견이 될 것이며, 뇌 탐구의 이정표이자' 공각기동대' 식 의식 데이터화의 미래를 향한 중요한 선행기술이다. < P > 이 기술들이 우리에게 어떤 과학적 새로운 발견을 가져다 줄 수 있는지 지켜봅시다!