Optogenetika: világító gamer egerek távirányítással és idegsejt mozi 2.
Az előzőekben bemutattuk, hogy elő lehet állítani olyan transzgénikus egereket, melyek bizonyos sejtjeikben, azok egy jól meghatározott részén vagy egy meghatározott időben, különböző szintetikus fehérjéket fejeznek ki. Ily módon megjelölhetünk sejteket, fény hatására serkenteni vagy gátolni tudjuk őket, illetve megfigyelhetjük a sejtek működését.
De miért jobb fényt használni, mint az elektromosságot arra, hogy a sejtek aktivitását vizsgáljuk és befolyásoljuk?
Azért, mert az agyszövetben a fény sokka jobban terjed és kevésbé szóródik, mint az elektromos áram. Így az optika évszázados tapasztalatait használva, mikroszkóppal 3Dben, mikrométeres felbontással látjuk az aktív sejteket és ugyanígy pontosan tudjuk irányítani mi az a terület amit fénnyel ingerlünk.
A GFP-vel, vagy annak továbbfejlesztett (érzékenyebb) változatával az EGFP-vel jelölt sejteket akár egy egyszerű fluoreszcens mikroszkóppal is vizsgálhatjuk. Ez a mikroszkóp alkalmas arra is, hogy több más színű fluoreszcens fehérjét tartalmazó sejtet, és azok kapcsolatát is vizsgáljuk egyszerre. Ha a finomabb nyúlványrendszereket (dendrittüske, axon terminálisok) kívánunk vizsgálni akkor érdemes egy konfokális mikroszkópot használni. Mint korábban írtuk, ebben egyrészt javul a felbontás, másrészt nagyobb hatékonysággal gyűjti be a fotonokat, és ezért érzékenyebb is.
Ha azonban a GCaMP-et vagy feszültség érzékeny fehérjéket kifejező sejtek működését szeretnénk vizsgálni akkor árban egy nagyságrendet kell lépnünk (100-150 millió forint egy ilyen szerkezet) és 2 vagy több foton mikroszkópiát használni. Erre két alapvető indokunk van. Egyrészt, mivel az idegi folyamatok gyorsan, ms skáláján zajlanak, igazából mozit kell készíteni a sejtekről, nem fényképet. Ehhez gyors képalkotó rendszerekre van szükség. Másrészt mivel nagyon nagy fényenergiával kell megvilágítani a mintát a 2 foton hatás kiváltásához, egy adott pontban ezt a fókuszált lézerfénnyel nagyon pontosan és nagy sebességgel kell végig pásztázni a mintát, hogy képet is kapjunk és a mintánkat (ami jó esetben él és működik) se süssük meg. Mitöbb, ha a mintánkban egyszerre minél több sejtet szeretnénk vizsgálni akkor nem csak 2D optikai szeleteket kell vágnunk (ez ugye a konfokális és az ebből fejlődő 2-foton mikroszkópia alapműködése), hanem gyors egymás utánban, egymás feletti szeletek 2D pásztázásával egy 3D képet kell alkotnunk. Ez ugye még finomabb, ravaszabb és gyorsabb rendszereket követel, illetve az elkészült képsorozat (video frekvenciával felvett 3D adathalmaz) hatalmas adatmennyiségét még tárolni és számítógéppel feldolgozni is kell. Cserébe egyszerre több száz, több ezer idegsejt működését vagy egy idegsejt egész nyúlványrendszerének jelintegrációját vagyunk képesek megfigyelni. Lélegzetelállító mozikat lehet készíteni arról,