Bir gün epilepsi için yeni bir tedavi yöntemi haline gelebilecek bir çalışmada, UC San Francisco, UC Santa Cruz ve UC Berkeley’deki araştırmacılar nöronlardaki nöbet benzeri aktiviteyi önlemek için ışık darbeleri kullandılar.
Araştırmacılar, tedavilerinin bir parçası olarak epilepsi hastalarından alınan beyin dokusunu kullandılar.
Sonunda, bu tekniğin nöbetlerin kaynaklandığı beyin dokusunun çıkarılması ameliyatının yerini alarak, semptomları ilaçla kontrol edilemeyen hastalar için daha az invaziv bir seçenek sunmasını umuyorlar.
Ekip, ışığa duyarlı genleri mikroorganizmalardan beyindeki belirli bir nöron grubuna iletmek için zararsız bir virüs kullanan ve ışık darbeleriyle açılıp kapatılabilen optogenetik olarak bilinen bir yöntem kullandı.
Bu, optogenetiğin canlı insan beyin dokusunda nöbet aktivitesini kontrol etmek için kullanılabileceğinin ilk gösterimi olup, diğer nörolojik hastalıklar ve durumlar için yeni tedavilerin kapısını aralıyor.
Çalışmanın eş kıdemli yazarlarından ve nörolojik cerrahi yardımcı doçenti olan Dr. Tomasz Nowakowski, “Bu, epilepsi ve muhtemelen diğer rahatsızlıkların tedavisinde güçlü bir yeni yola doğru atılmış dev bir adımdır” dedi. Çalışmanın sonuçları 15 Kasım’da Nature Neuroscience’da yayımlandı .
Epilepsinin tetikleyicilerini bastırmak
Araştırmacılar, haftalar süren çalışmayı tamamlamak için dokuyu yeterince uzun süre canlı tutmak amacıyla, kafatasının içindeki koşulları taklit eden bir ortam yarattılar.
Nöroşirürji uzmanı Dr. John Andrews, dokuyu beyni yıkayan beyin omurilik sıvısına benzeyen bir besin ortamına yerleştirdi.
UC Berkeley’de biyomoleküler mühendis olan Dr. David Schaffer, ekibin hedeflediği belirli nöronlarda çalışacak şekilde genleri iletecek en iyi virüsü buldu.
Andrews daha sonra dokuyu, birbirleriyle iletişim kuran nöronların elektriksel deşarjlarını tespit edebilecek kadar küçük bir elektrot yatağının üzerine yerleştirdi.
Beyin normal şekilde hareket ettiğinde, nöronlar farklı zamanlarda ve frekanslarda öngörülebilir, düşük seviyeli bir gevezelikle sinyaller gönderir. Ancak nöbet sırasında gevezelik, beynin gündelik konuşmasını bastıran yüksek sesli elektriksel aktivite patlamalarına senkronize olur.
Ekip, ışık darbelerini kullanarak ışığa duyarlı proteinler içeren nöronları kapatarak patlamaları önlemeyi umuyordu.
Uzaktan kumandalı deney
İlk olarak, ekibin dokuyu bozmadan deneylerini yürütmenin bir yolunu bulması gerekiyordu. Küçük elektrotlar sadece 17 mikron aralıklıydı — bir insan saçının genişliğinin yarısından daha az — ve beyin dilimlerinin en ufak hareketi sonuçlarını çarpıtabilirdi.
UCSC’de elektrik ve bilgisayar mühendisliği doçenti ve çalışmanın yardımcı kıdemli yazarı olan Dr. Mircea Teodorescu, nöronların elektriksel aktivitesini kaydeden ve dokuya ışık darbeleri ileten bir uzaktan kumanda sistemi tasarladı.
Teodorescu’nun laboratuvarı, bilim insanlarının aparatı kontrol edebilmesini sağlayan bir yazılım yazdı; böylece grup, Nowakowski’nin San Francisco’daki laboratuvarındaki doku üzerinde Santa Cruz’dan deneyleri yönetebildi.
Bu şekilde mendilin saklandığı odada kimsenin bulunmasına gerek kalmıyordu.
“Bu, inanılmaz derecede karmaşık bir araştırma sorununu çözmek için çok benzersiz bir iş birliğiydi,” dedi Teodorescu. “Bu başarıyı gerçekten başarmış olmamız, kurumlarımızın güçlü yanlarını bir araya getirdiğimizde ne kadar ileri gidebileceğimizi gösteriyor.”
Nöbetlere ilişkin yeni bakış açısı
Optogenetik, araştırmacıların ayrı nöron kümelerine odaklanmasını sağlar.
Grup, bir nöbeti başlatmak için hangi nöron türlerinin ve kaç tanesinin gerektiğini görebildi. Ve canlı beyin dilimlerinde nöronların elektriksel aktivitesini değiştirmek için gereken en düşük ışık yoğunluğunu belirlediler.
Araştırmacılar ayrıca nöronlar arasındaki etkileşimlerin nöbeti nasıl engellediğini de görebildiler.
UCSF Nörolojik Cerrahi Bölüm Başkanı Dr. Edward Chang, bu bulguların epilepsi hastalarına yönelik bakımda devrim yaratabileceğini söyledi.
Nowakowski ile birlikte UCSF Weill Sinir Bilimleri Enstitüsü üyesi olan Chang, “Bu tür bir yaklaşımı kullanırsak gelecekte bunu yapmamıza gerek kalmayacağına inanıyorum” dedi.
“İnsanlara nöbetleri üzerinde çok daha incelikli ve etkili bir kontrol sağlayabileceğiz ve onları böylesine invaziv bir ameliyattan kurtarabileceğiz.”