Beyindeki sinir hücrelerini ışıkla kontrol etmek, kaybolan anıları yeniden hatırlatmak ya da görme yetisini kaybeden bir insanın çevresindeki nesneleri tekrar algılamasını sağlamak... Bir dönem bilim kurgu filmlerini hatırlatan bu fikirlerin bazıları, bugün bilim insanlarının laboratuvarlarda üzerinde çalıştığı gerçek uygulamalara dönüştü.
Genetik mühendisliği ile ışığı bir araya getiren optogenetik alanındaki keşifler, 2026 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü Karl Deisseroth, Peter Hegemann ve Georg Nagel'e kazandırdı. Geliştirilen yöntem, bilim insanlarının sinir hücrelerinin faaliyetlerini mikro alglerden çıkan fikirle ışık yardımıyla kontrol etmesini sağlarken görme kaybından Alzheimer'a, bağımlılıktan diğer nörolojik hastalıklara kadar farklı alanlarda yeni araştırmaların önünü açtı.
Optogenetiğin insanlarda kullanılması konusunda en dikkat çekici gelişmelerden biri 2021 yılında yaşandı. Yaklaşık 40 yıldır görme kaybı yaşayan bir hasta, deneysel tedavinin ardından özel bir gözlük yardımıyla önündeki nesneleri kısmen algılamaya başladı. Hastanın bazı görme işlevlerini yeniden kazanabildiğini ortaya koyan araştırma, yöntemin klinik potansiyelini gösteren önemli bir gelişme olarak değerlendirildi.
2021 yılında optogenetik yöntemle görme engelli bir hastanın görme işlevinin bir bölümünü yeniden kazanmasını sağlayan araştırmanın öncülerinden Pittsburgh Üniversitesi Tıp Fakültesi Oftalmoloji Bölüm Başkanı ve UPMC Görme Enstitüsü Direktörü Dr. José-Alain Sahel, Nobel ödülü sayesinde tanıştığımız bu umut verici yöntemi anlattı.
Aradan geçen beş yılın ardından 7 Ekim’de optogenetik tedaviyle ilgili daha geniş çaplı bir araştırma yaptıklarını ve 10 hastanın 7’sinde olumlu sonuç aldıklarını aktaran Sahel, "Beş yıl önce, optogenetik yöntemin görme engelli bir hastada görme işlevlerinin bazı yönlerini yeniden kazandırmaya yardımcı olabileceğini ilk kez göstermiştik. Yeni çalışmamızda ise daha geniş bir hasta grubunda umut verici sonuçlar elde ettik. Bu bulgular, optogenetik tedavinin ileri evre retinitis pigmentosa hastalarında anlamlı düzeyde görme işlevini yeniden kazandırabileceğine ilişkin ek kanıtlar sunuyor” ifadelerini kullandı.
Sahel, görsel bilgilerin retinaya daha hassas biçimde iletilmesini sağlayacak yeni teknolojiler üzerinde çalıştıklarını anlattı, geleceğe ilişkin beklentisini ise şu sözlerle dile getirdi: "Daha fazla araştırmaya ve klinik teste ihtiyaç duyulsa da son birkaç yılda kaydedilen ilerleme son derece umut verici. Geliştirilen teknolojilerde yapılacak sürekli iyileştirmelerin, hastaların yeniden kazanabilecekleri görme işlevlerini daha da artırabileceği konusunda iyimseriz."
Optogenetik yöntemi yalnızca görme kaybına yönelik çalışmalarla sınırlı değil. Bilim insanları, Alzheimer hastalığında hafızanın nasıl etkilendiğini ve bağımlılıkla ilişkili davranışların beyindeki hangi sinir hücreleri tarafından yönetildiğini anlamak için de bu teknolojiden yararlanıyor. Hayvan deneylerinde elde edilen bazı bulgular, ışıkla belirli sinir hücrelerinin harekete geçirilmesinin unutulmuş anıların yeniden hatırlanmasına ve bağımlılıkla ilişkili davranışların değiştirilmesine yardımcı olabileceğini gösteriyor.
Biyoteknoloji uzmanı Dr. Semih Tareen, optogenetiğin Alzheimer ve demans araştırmalarındaki potansiyelini değerlendirdi. Tareen, "Demans, hafıza kaybı ve benzeri olan Alzheimer hastalığı gibi hastalıklar için optogenetik sahası aslında olumlu bir tedavi olabilir. Bunu fare deneylerinden biliyoruz" dedi.
Araştırmacıların, Alzheimer benzeri hafıza kaybı yaşayan farelerde belirli sinir hücrelerini ışık yardımıyla yeniden harekete geçirebildiğini anlatan Tareen, bu yöntemin nasıl çalıştığını şöyle açıkladı:
"Farelerin beyinlerine bu channelrhodopsin denen reseptörü veriyorlar ve bu sayede iyon alışverişi sağlanacak hale geliyor ve bu ışıkla tetikleniyor. Yani farenin beynine iki sinyal lazım. Birincisi bu kanalın yerleştirilmesi gerekiyor. Bunu da genetik mühendisliğiyle yapıyorlar."
Tareen'in sözünü ettiği channelrhodopsin (kanalrodopsin), bazı mikro alglerde doğal olarak bulunan ışığa duyarlı bir protein. Genetik mühendisliği yoluyla belirli sinir hücrelerinin bu proteini üretmesi sağlanıyor. Ardından bu hücrelere ışık verilerek faaliyetleri kontrol edilebiliyor. Böylece bilim insanları, hafızayla ilişkili belirli sinir hücrelerinin etkinleştirilmesinin davranışlar üzerindeki etkisini inceleyebiliyor.
Deneylerde kullanılan yöntemin ikinci aşamasını anlatan Tareen, "İkincisi de optik fiber kullanarak bir optik ışık ile bunu aktive ediyorlar ve o aktivasyon sayesinde bu hücrelere iyon alışverişi sağlanıyor. Bu şekilde bu sinir hücreleri aktive oluyor, canlanıyorlar ve bu sayede hafıza kaybına uğramış farelerin tekrar bu hafızayı kazanmalarını sağlıyorlar ve bu deneylerde bu bahsettiğim fareleri korkutma ve onların o korkutucu sinyal karşısında donma deneyleri var. Orada bunu yapmayı unutmuş bir fareyi tekrar bunu hatırlatabiliyorlar" şeklinde konuştu.
Bu şu an insan deneyleri üzerinde özellikle çalışılmıyor ama özellikle bir gün bu olabilir ve hatta Nobel ödülü kazananlardan Karl Deisseroth isimli bilim insanının MapLight Therapeutics diye bir şirketi var ve bu şirket hani bu tür çalışmalar üzerine odaklanmak istiyor.
Tareen, bağımlılığa ilişkin hayvan deneylerinde de dikkat çekici sonuçlar elde edildiğini belirtti. ‘Uyuşturucu’ arama davranışı gösteren sıçanlarla yürütülen deneyleri anlatan Tareen, ilgili sinir hücreleri ışıkla etkinleştirildiğinde "Tekrar bu ‘uyuşturucu’ arama yani ödülü arama davranışı yok oluyor" ifadelerini kullandı.
Optogenetiğin bağımlılıkta kullanılması konusunda da benzer deneyler yapılıyor. Özellikle sıçanlarda ‘uyuşturucu’ bağımlılığına yönelik deneysel modeller var. Mesela sıçan, bir düğmeye bastığında kendisine ‘uyuşturucu’ verileceğini öğreniyor ve tekrar tekrar bu düğmeye basarak bağımlılık davranışı geliştiriyor.
Bu sıçanlarda optogenetiği kullanabilmek için iki aşama gerekiyor. Birincisi, genetik mühendisliği yoluyla sıçanların beyinlerindeki belirli sinir hücrelerine ışığa duyarlı iyon kanallarının yerleştirilmesi. İkincisi ise bu sinir hücrelerini aktive etmek için fiber optik bir kablo aracılığıyla ışık verilmesi.
Bu sinir hücreleri ışıkla aktive edildiğinde, sıçanların yeniden uyuşturucu arama, yani ödül arama davranışının ortadan kalktığını gözlemliyorlar.
