Oxford: Optogenetica

Met optogenetica is het mogelijk om op het niveau van hersencellen te ontdekken hoe herinneringen worden opgeslagen, hoe emoties werken en hoe beslissingen worden gemaakt. Aan de universiteit van Oxford doet Gero Miesenböck onderzoek naar de werking van onze hersenen.

 

De hersenen bestaan uit honderdduizenden neuronen die in verbinding met elkaar staan en die onderling communiceren door geladen deeltjes te transporteren. Eigenlijk werkt ons brein dus op elektriciteit. De meest voor de hand liggende wijze om  de werking van je brein te beïnvloeden is dus ook om met behulp van een electrode stroompulsen naar bepaalde hersendelen te sturen: deze techniek staat bekend als Diepe Brein Stimulatie, waarmee bijvoorbeeld de symptomen van Parkinson bestreden kunnen worden. Een groot nadeel hiervan  is dat er vaak bijwerkingen zijn, doordat je niet één specifieke cel maar ook de omliggende cellen aanstuurt.

 
© VPRO

Gero Miesenböck, Oxford University

dna aanpassen

Neurowetenschapper Gero Miesenböck vroeg zich af of er niet een manier is om individuele hersencellen uit te lezen en aan te sturen. De oplossing die hij bedacht is optogenetica: het aansturen van specifieke hersencellen met laserlicht. Miesenböck zelf experimenteert vooral met fruitvliegjes, waarbij de laserstralen door het uitwendige pantser van de fruitvliegjes heen gaan. Andere groepen doen onderzoek met onder andere muizen, ratten en apen. Zij krijgen een hersenimplantaat – niet van metaal, zoals bij Diepe Brein Stimulatie, maar van glasvezel. Vanwege de mogelijke risico’s is er nog niet geëxperimenteerd met mensen.
 
Om licht in elektriciteit om te zetten gebruikt Miesenböck een eigenschap van onze ogen: daar zitten cellen met proteïnen die onder invloed van licht elektrische impulsen uitzenden. Bij optogenetica wordt het DNA van een bepaald type hersencel van – bijvoorbeeld – een fruitvliegje zo ‘geprogrammeerd’ dat deze cellen ook deze proteïne aan gaan maken. Die cellen krijgen als het ware een schakelaar met zich mee, die aan en uit gezet kan worden met een lichtstraal. Programmeer je die proteïnen op bijvoorbeeld de neuron die dopamine aanmaakt (het stofje dat je vrolijk en energiek maakt) dan gaat het fruitvliegje onder invloed van een laserstraal actief zijn omgeving verkennen. Maar het kan vreemder: met behulp van laserlicht kan Miesenböck ook de seksuele identiteit van de vliegjes veranderen, kan hij ze op afstand in slaap brengen en kan hij het geheugen van de fruitvlieg kan veranderen.

geschiedenis

Deze wetenschap komt niet uit het niets. In 1937 had de Britse neurowetenschapper Charles Sherrington al het idee om neuronen aan te sturen met licht. Professor Lawrence B. Cohen kreeg het in 1980 uiteindelijk voor elkaar om actieve hersenencellen met fluorescerende verf te laten oplichten, zodat zichtbaar werd welke hersencellen welke taken uitvoerden. Dit was het begin van optogenetica: het uitlezen van hersenactiviteit op celniveau met fluorescerend licht, door het DNA aan te passen. Miesenböck draait het in zijn methode dus eigenlijk om: hij leest niet uit welke cel wat doet, maar stuurt specifieke cellen aan om te kijken wat er gebeurt. Dit biedt naast wetenschappelijk onderzoek natuurlijk ook veel praktische mogelijkheden om ons brein aan te passen. De vraag is echter of dat ook op deze manier gaat gebeuren, omdat de techniek vereist dat hersencellen genetisch gemanipuleerd worden – en dat ligt ethisch gevoelig. Miesenböck denkt zelf dat optogenetica vooral belangrijk is voor het in kaart brengen van de werking van het menselijk brein. Met die kennis kunnen we uiteindelijk pillen ontwikkelen die de beoogde veranderingen tot stand brengen. Dat is toch net iets praktischer – en misschien ook iets minder futuristisch – dan een soort glasvezelkabel in je hoofd. 

toekomst

Als wordt ontdekt welke typen hersencellen in welke processen geactiveerd worden, zouden verschillende afwijkingen, zoals Parkinson of zelfs drugsverslaving, makkelijker behandeld kunnen worden. Het experiment met het in slaap brengen of wakker maken van de fruitvlieg met optogenetica geeft bijvoorbeeld al meer inzicht in hoe het slaapproces – ook bij mensen – wordt opgestart, en waarom we überhaupt slapen. Na de ontdekking van het volledig menselijk genoom zijn we dus hard op weg naar het in kaart brengen van het menselijk brein. Maar wat doen we met die kennis? Het is natuurlijk ook goed mogelijk om niet alleen beter te maken, maar ook te verbeteren. Maar welke kant willen we dan op?

meer uit aflevering 3: sleutelen aan de ziel