Licht: het Prozac van morgen?

Professor Karl Deisseroth introduceerde in 2005 optogenetica: een techniek waarbij neuronen genetisch aangepast worden om op licht te reageren. Op amper enkele jaren tijd verwierf deze techniek wereldwijde academische bekendheid, ook aan de UGent. Doctoraatsstudenten Anirudh Acharya en Latoya Stevens werken er alle twee mee. Ze boeken veelbelovende vooruitgang, zowel op vlak van fundamenteel als van klinisch onderzoek.

Naar schatting lijden vandaag de dag één miljard mensen (oftewel een op zes) aan een hersenaandoening. Dit kan diverse en uiteenlopende oorzaken hebben: een val of een beroerte, erfelijke of omgevingsfactoren. Twintig tot vijfentwintig procent van de vrouwen en zeven tot twaalf procent van de mannen ervaarde ooit een depressie. Drie procent van de bevolking kampte met een beroerte en één procent met epilepsie. Nog eens één procent met schizofrenie. Al deze ziektebeelden hebben ernstige gevolgen, gaande van amotivatie en zelfmoordgedachten bij depressie tot veelvuldige spierspasmen en bewustzijnsverlies bij epileptische patiënten.

Neurobiologische therapieën kunnen we vandaag onder twee noemers plaatsen: elektrische stimulatie  (bv. elektroshocktherapie) en chemische toedieningen (psychofarmaca). Binnenkort zouden we hier misschien nog een derde luik aan kunnen bijvoegen: licht.

Neuronen, sloten en sleutels

Neuronen vormen de bouwstenen van ons zenuwstelsel: in de hersenen vinden we er miljarden. Ze zijn allemaal zowel informatie-ontvangers als informatiezenders. Om het simpel te houden, moet je je inbeelden dat informatieoverdracht tussen neuronen gebeurt zoals bij twee personen, A en B, die van elkaar gescheiden zijn door een gesloten deur. Indien A de juiste sleutel heeft, zal hij de deur kunnen openen om informatie aan B over te dragen. Dit geheel vormt het verwerkingscentrum van ons lichaam. In ‘neuronentaal’ gebeurt dit door middel van kanalen die openen en sluiten bij bindingen met een bepaalde chemisch structuur.

“Met optogenetica expresseren (betekent zoiets als 'actief maken', nvdr.) we lichtgevoelige proteïnen in neuronen, deze openen specifiek enkel bij bepaalde lichtgolven. Om één neuron te targetten, maken we gebruik van een genetische marker: de promotor. Als we deze in een cel implanteren, zal er enkel effect te zien zijn in de cellen die deze specifieke promotor bevatten", legt Anirudh Acharya uit.

“Deze promotor zorgt ervoor dat na lokale injectie in de hersenen, dit lichtgevoelig proteïne enkel tot expressie komt in een specifiek type neuronen en op die manier enkel deze neuronen gemoduleerd worden door licht”, voegt Latoya Stevens toe. Oftewel: er komt een nieuwe deur met zijn eigen slot tevoorschijn. “Wanneer dit gebeurt, kan het enkel maar worden geactiveerd door een bepaald type golflengte, bijvoorbeeld een blauwe of rode straal.”

"Als je deze genetisch gemodificeerde nucleus belicht, zie je het dier wakker worden" - Acharya

De sleutel is dus een lichtstraal. Handig aan deze techniek is dat die zich erg snel verplaatst (aan 3.00x10^8 m.s^-1 voor de nerds onder ons), en ook nog precies is. “Optogenetica geeft ons de mogelijkheid om zowel ruimtelijk als tijdelijk zeer nauwkeurig te werken”, beschrijft Stevens. “In mijn geval, onderzoek ik de locus coeruleus, een grijze kern in de hersenstam (een stukje onderaan de grote hersenen, red.) dat opgemaakt wordt door noradrenerge neuronen. Deze zorgen voor opwinding, slaap-waakcyclussen en nog een paar andere belangrijke functies.”

“Zo kan je kijken naar de slaap-waaktransities”, stelt Acharya. “Als je de genetisch gemodificeerde nucleus uit het onderzoek van Latoya activeert en belicht, zie je het dier wakker worden. Op deze manier kan je kijken hoe celtypes binnen een netwerk functioneren.”

Een afstandsbediening voor het brein?

Latoya Stevens

"We kunnen sommige hersenstructuren inhiberen en activeren, waardoor we natuurlijk in theorie gedrag kunnen wijzigen", zegt Stevens. Wanneer je bijvoorbeeld een bepaald deel van een rattenbrein belicht, kan je de rat naar links laten roteren. Een ander deel belichten kan ervoor zorgen dat de rat eetstoornissen vertoont. Het is echter niet de bedoeling dat kwaadaardige wetenschappers dit gebruiken om mensen te manipuleren. "We willen vermijden dat er slechte dingen gebeuren. We willen bijvoorbeeld epileptische aanvallen voorkomen, depressieve symptomen verminderen, dit soort zaken. Ik zou niet stellen dat we het brein proberen te controleren of menselijk gedrag of gedachten willen beheersen. Ons onderzoek is fundamenteel en gericht naar positieve klinische toepassingen.”

"We kunnen sommige structuren onderdrukken en activeren, waardoor het natuurlijk gedrag wijzigt" - Stevens

Het gedrag van een epileptisch zoogdier kan letterlijk in een vingerknip veranderen. Een bruusk geluid kan voor deze groep spontaan een angstreactie uitlokken, terwijl de niet-epileptische controlegroep deze symptomen niet vertoont. Via optogenetica, kan het herhaaldelijk belichten van bepaalde kernen de overdreven reactie dempen tot zelfs mettertijd onderdrukken. Anderen denken eraan om deze bevinding in een soort pacemaker te vervormen: een signaaldetector dat abnormale activiteit meet en hier direct op ingrijpt.

In het geval van epilepsie wordt er momenteel eerst naar medicijnen zoals anti-epileptica gegrepen. Als laatst redmiddel zal men een neurochirurgische ingreep overwegen. “Dat is uiteraard niet altijd mogelijk. Indien de abnormale elektrische activiteit zich in het taalcentrum bevindt, kan je deze bijvoorbeeld moeilijk verwijderen”, aldus Stevens. “Anders zal de patiënt niet meer kunnen spreken, of taal kunnen verstaan.” Ook niet alle patiënten reageren even goed op behandeling. Ongeveer 30 procent van hen zal refractair, d.w.z. ongevoelig voor deze behandeling, zijn. Waarom het bij sommigen faalt, is nog niet duidelijk. Het brein is immers een complex en onbekend systeem, waar optogenetica heldere antwoorden op zou kunnen geven. Ook omtrent depressie blijkt optogenetica, en misschien nog meer het verwante chemogenetica, gunstige perspectieven te bieden.

Is optogenetica dan dé oplossing voor de toekomst? “Niet helemaal”, nuanceert Acharya. “Zo is er bij Alzheimer sprake van een opstapeling van nefaste en abnormale proteïnen, wat zorgt voor celdood. Optogenetica zal dan niet baten. Wanneer het om problemen gerelateerd aan interne netwerken gaat, kan optogenetica zeker een duwtje in de rug geven. Maar het is geen geneesmiddel: het is een therapie. Een epilepticus zal nog steeds epileptisch blijven."

Nog geen stemmen
cover: 

Reactie toevoegen