(A) LMO7 분자의 개략도. (B) 마우스의 왼쪽 SI에서 형광 발현을 보여주는 대표적인 조직학적 이미지. (C) 이미징 후 하루 동안의 이벤트 타임라인에 대한 그림. (D) 마우스에서 생물 발광을 이미지화하는 데 사용되는 실험 설정의 개략도. 크레딧: NeuroImage(2024). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2024.120882

로체스터 대학 연구진은 빛을 이용하여 뇌의 뉴런을 활성화하는 BL-OG(생물 발광 광유전학)를 사용하는 비침습적 방법을 시연했습니다. 뇌 활성화를 조절하는 능력은 파킨슨병 및 기타 신경학적 상태를 치료하는 데 사용되는 뇌심부 자극과 같은 침습적 절차를 변화시킬 수 있습니다.

이 새로운 기술의 장점은 물리적 빛을 전달하기 위해 뇌에 이식된 장치를 사용하지 않고도 뇌 활성화를 만들 수 있다는 것입니다.

"BL-OG는 뇌의 신경 회로를 비침습적으로 분리하는 이상적인 방법입니다" 연구의 첫 번째 저자이자 Gomez-Ramirez가 이끄는 햅틱 연구소의 관리자인 Emily Murphy는 말합니다. "건강한 뇌가 어떻게 기능하는지 이해하는 데 도움이 될 뚜렷한 뇌 영역과 신경 세포 유형의 구조와 기능에 대해 배워야 할 것이 여전히 너무 많습니다."

스위치없이 조명을 켜는 방법

뇌에서 빛을 켜려면 연구자들은 몇 가지 도구가 필요합니다. 첫 번째는 광유전학(optogenetics)으로, 빛을 사용하여 뇌의 세포를 활성화하거나 비활성화하는 확립된 연구 기법입니다. 다음 도구는 반딧불이에게 빛을 내는 것과 동일한 화학 반응인 생물 발광(bioluminescence)으로, 광유전학이 작동하는 데 필요한 빛을 제공합니다.

이러한 도구를 결합하면 BL-OG에 필요한 재료가 만들어집니다. 그러나 BL-OG가 작동하려면 여전히 조명을 "켤" 무언가가 필요합니다. 유기 물질인 루시페린(luciferin)은 생물 발광(bioluminescence)과 결합하면 광유전학을 활성화하고 절개없이 뇌의 세포반응을 조절하는 빛을 생성합니다. 고메즈-라미레즈(Gomez-Ramirez)의 이전 연구는 루시페린(luciferin)이라는 화학물질이 신체에 무해하다는 것을 보여주었습니다.

햅틱 연구소의 연구원들은 이 조합을 테스트했습니다. 그들은 BL-OG를 생쥐의 미리 결정된 뇌 영역에 넣었습니다. 그런 다음 동물의 꼬리에 있는 정맥을 통해 루시페린을 주입하여 뇌의 표적세포를 활성화했습니다. 그들은 BL-OG 효과가 뇌에서 빠르게 발생하지만 이러한 효과는 동물에서 루시페린의 복용량을 조절함으로써 제어할 수 있음을 발견했습니다.

생물 발광 광유전학(bioluminescent optogenetics) '미세 조정’

"이 기술의 장점은 케이블 없이 뇌 활성화를 만들 수 있다는 것입니다. 비침습적 방법이기 때문에 감염 및 기타 문제가 발생할 위험이 적습니다"라고 Gomez-Ramirez는 말합니다.

"실험실에서, 그리고 잠재적으로 임상에서 이 기술을 표준화하려면 이 기술을 사용하는 것과 관련된 모든 중요한 매개변수를 매핑하는 것이 중요합니다. 이러한 최신 발견을 통해 우리는 이제 필요와 요구 사항에 따라 BL-OG의 원하는 효과를 미세 조정하는 작업을 할 수 있습니다."

연구원들은 또한 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 이 방법의 또 다른 잠재적인 특징인 생물 발광 활동을 통해 BL-OG의 신경 조절 효과를 추적할 수 있었습니다.

이상의 기사는 2024년 10월 3일 MedicalXpress에 게재된 “Turning brain cells on using the power of light: Researchers refine noninvasive method of bioluminescent optogenetics”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.

* 원문정보 출처 : Turning brain cells on using the power of light: Researchers refine noninvasive method of bioluminescent optogenetics (medicalxpress.com)

* 추가정보 출처 : Strength of Activation and Temporal Dynamics of BioLuminescent-Optogenetics in Response to Systemic Injections of the Luciferin - ScienceDirect

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