Padaczka płata skroniowego jest najczęstszym rodzajem padaczki u dorosłych, jest często często oporna na leczenie, a ze względu na szerokie działanie i długi czas trwania, obecne terapie terapie systemowe mają poważne negatywne skutki uboczne. Jednak napady płata skroniowego płata skroniowego mają tendencję do powstawania w dyskretnych regionach przed wystąpieniem jawnych objawów klinicznych, co teoretycznie umożliwia czasowo i przestrzennie specyficzne leczenie. Tutaj zgłaszamy zatrzymanie spontanicznych napadów przy użyciu zamkniętej pętli w czasie rzeczywistym, i optogenetyki in vivo w mysim modelu padaczki płata skroniowego. skroniowego. Albo optogenetyczne hamowanie głównych komórek pobudzających, albo aktywacja subpopulacji komórek GABAergicznych reprezentujących <5% neuronów hipokampa neuronów hipokampa, szybko zatrzymuje napady po zastosowaniu światła. Wyniki te pokazują, że spontaniczne napady płata skroniowego mogą być wykrywane i zakończone przez modulowanie określonych populacji komórek w sposób ograniczony przestrzennie sposób. Podejście kliniczne oparte na tych zasadach może przezwyciężyć wiele skutków ubocznych obecnie dostępnych opcji leczenia. --- Podejście optogenetyczne do uzyskania kontroli nad pobudliwością neuronów zarówno in in vitro i in vivo stało się fascynującym narzędziem naukowym do badania sieci neuronalnych. sieci neuronalnych, ale także otwiera możliwości opracowywania nowych strategii leczenia schorzeń neurologicznych. Zbadaliśmy, czy takie podejście optogenetyczne z wykorzystaniem napędzanej światłem pompy chlorkowej halorhodopsyny z Natronomonas pharaonis (NpHR), zmodyfikowaną pod kątem ekspresji w OUN ssaków w celu hiperpolaryzacji neuronów centralnych, może hamować nadmierną nadpobudliwość i aktywność padaczkową. aktywność epileptyczną. Pokazujemy, że wektor lentiwirusowy zawierający gen NpHR pod promotorem kinazy białkowej IIalfa zależnej od wapnia/kalmoduliny transdukuje główne komórki hipokampa i kory mózgowej i hiperpolaryzuje te komórki, zapobiegając generowaniu potencjałów czynnościowych i aktywności padaczkowej podczas stymulacji optycznej. aktywność podczas stymulacji optycznej. Badanie to potwierdza zasadę, że selektywna hiperpolaryzacja głównych neuronów korowych przez NpHR jest wystarczająca aby ograniczyć napadową aktywność w transdukowanych neuronach i może hamować stymulację w hipokampalnych hodowlach organotypowych, które stanowią modelową tkankę reprezentuje modelową tkankę padaczki opornej na farmakoterapię. Niniejsze badanie pokazuje że podejście optogenetyczne może okazać się przydatne do kontrolowania aktywności padaczkowej aktywności padaczkowej i otwiera przyszłą perspektywę przekształcenia go w strategię leczenia padaczki. strategii leczenia padaczki. --- Nowe techniki badań genetycznych, w tym sekwencjonowanie nowej generacji, profilowanie epigenetyczne, mapowanie linii komórkowych, ukierunkowana manipulacja genetyczna neuronalnych, przeprogramowywanie komórek macierzystych i manipulacje optogenetyczne w sieciach padaczkowych. manipulacje w sieciach padaczkowych stopniowo odkrywają tajemnice epileptogenezy. tajemnice epileptogenezy i ictogenezy. Techniki te otworzyły nowe nowe drogi do odkrycia molekularnych podstaw epileptogenezy i zbadania fizjologicznych skutków mutacji w genach związanych z padaczką na poziomie wielowarstwowym, od komórek po obwody. poziomie, od komórek do obwodów. Niniejszy manuskrypt zawiera przegląd niedawno opublikowanych zastosowania tych nowych technologii genetycznych w badaniach nad padaczką, jak również a także prace zaprezentowane przez autorów na sesji genetycznej XII Warsztatów nt. Neurobiology of Epilepsy (WONOEP 2013) w Quebec w Kanadzie. Sekwencjonowanie nowej generacji zapewnia badaczom bezstronne środki do oceny molekularnych przyczyn sporadycznej padaczki. molekularnych przyczyn sporadycznych postaci padaczki i ujawniło złożoność i niejednorodność genetyczną sporadycznych zaburzeń padaczkowych. Aby ocenić funkcjonalny wpływ mutacji w tych nowo zidentyfikowanych genach na konkretne typy komórek neuronalnych podczas rozwoju mózgu, nowe strategie modelowania u zwierząt, w tym genetyka warunkowa modelowania u zwierząt, w tym genetyka warunkowa u myszy i metody knock-down in utero. umożliwiają walidację funkcjonalną z wyjątkową specyficznością komórkową i czasową. specyficznością komórkową i czasową. Ponadto optogenetyka, wykorzystująca specyficzne dla typu komórki linie sterowników rekombinazy Cre umożliwia badaczom analizowanie sieci związanych z padaczką. w padaczkę. Ponadto, genetycznie zakodowane znakowanie typu komórki zapewnia nowe sposoby oceny roli nieneuronalnych składników sieci padaczkowych, takich jak komórki glejowe. takich jak komórki glejowe. Ponadto, poza rolą w ujawnianiu wariantów kodowania zaangażowanych w epileptogenezę, sekwencjonowanie nowej generacji może być wykorzystane do oceny modyfikacji epigenetycznych, które prowadzą do trwałej nadpobudliwości sieci w padaczce nadpobudliwości sieci w padaczce, w tym zmian metylacji w promotorach genów i niekodujących kwas rybonukleinowy (RNA) zaangażowany w modyfikację ekspresji genów po napadach. Ponadto, genetycznie oparte bioluminescencyjne reportery zapewniają nowe możliwości oceny aktywności neuronalnej i możliwości oceny aktywności neuronów i poziomów neuroprzekaźników zarówno in in vitro, jak i in vivo w kontekście padaczki. Wreszcie, genetycznie zredukowane neurony wygenerowane z indukowanych przez pacjenta pluripotencjalnych komórek macierzystych i genetycznie genetycznie zmodyfikowane danio pręgowany stały się wysokoprzepustowymi środkami do badania mechanizmów choroby i potencjalnych nowych terapii. Genetyka znacznie zmieniła dziedzinę badań nad padaczką i toruje drogę do lepszej diagnostyki i terapii dla pacjentów z padaczką. --- Kiełkowanie aksonalne neuronów pobudzających jest często obserwowane w padaczce płata skroniowego. padaczki, ale zakres, w jakim hamujące interneurony przechodzą podobną aksonalną reorganizacji aksonów pozostaje niejasny. Celem tego badania było określenie, czy neurony z ekspresją somatostatyny (SOM) w warstwie (s.) oriens hipokampa wykazują kiełkowanie aksonalne poza ich normalnym terytorium i unerwiają komórki ziarniste komórki zakrętu zębatego w pilokarpinowym modelu padaczki. Aby uzyskać selektywnego znakowania neuronów wykazujących ekspresję SOM w s. oriens, zastosowano konstrukt Cre zależny od rekombinazy konstrukt dla channelrhodopsin2 połączony ze wzmocnionym żółtym białkiem fluorescencyjnym białko fluorescencyjne (ChR2-eYFP) zostało wirusowo dostarczone do tego regionu u myszy SOM-Cre myszy. U myszy kontrolnych znakowane aksony były ograniczone głównie do s. lacunosum-moleculare. Jednak u zwierząt leczonych pilokarpiną, bogaty splot ChR2-eYFP i boutony rozciągały się do warstwy molekularnej zębatej. Mikroskopia elektronowa ze znakowaniem immunologicznym wykazała znakowane zakończenia aksonów które tworzyły symetryczne synapsy na profilach dendrytycznych w tym regionie, zgodnie z z unerwieniem komórek ziarnistych. Wzorzyste oświetlenie włókien znakowanych ChR2 w s. lacunosum-moleculare CA1 i zębatej warstwie molekularnej wywołało GABAergiczne odpowiedzi hamujące w komórkach ziarnistości zębatych u myszy leczonych pilokarpiną, ale nie u myszy kontrolnych. myszy, ale nie w grupie kontrolnej. Podobna stymulacja optyczna we wnęce zębatej nie wywołała znaczących odpowiedzi w komórkach ziarnistych żadnej z grup myszy. Te odkrycia wskazują, że w warunkach patologicznych neurony SOM/GABAergiczne mogą podlegać znacznej reorganizacji aksonalnej poza ich normalnym terytorium i tworzyć nieprawidłowe połączenia synaptyczne. Takie zreorganizowane obwody mogą przyczyniać się do funkcjonalnych deficytów hamowania w padaczce, pomimo obecność licznych terminali GABAergicznych w tym regionie. --- Padaczka jest zaburzeniem neurologicznym, które dotyka około 1% populacji na całym świecie. na całym świecie. Dwie główne terapie, farmakologia i stymulacja elektryczna, mają pewne wady. Na przykład, terapii farmakologicznej często towarzyszą często towarzyszą skutki uboczne, a obecne leki przeciwdrgawkowe nie są skuteczne u około jednej trzeciej pacjentów. Pacjenci ci mogą cierpieć na padaczkę związaną z astrocytami, ponieważ coraz więcej dowodów wskazuje, że dysfunkcje astrocytów mogą powodować padaczkę. Jednak leki na padaczkę, które wpływają na astrocyty nie są obecnie dostępne. Chociaż stymulacja elektryczna przyniosła korzyści wielu pacjentom, elektroda stymuluje nieselektywne neurony lub obwody. obwody. Wszystko to wymaga opracowania nowych strategii poprawy życia pacjentów. pacjentów. Wraz z odkryciem channelrhodopsin (ChRs), opracowano nową metodę zwaną określana jako "optogenetyka". Ma ona przewagę nad stymulacją elektryczną elektryczną, ponieważ jest mniej inwazyjna i pozwala na przestrzenno-czasową stymulację. stymulację. Niedawno przeprowadzono szereg eksperymentów dotyczących leczenia padaczki za pomocą optogenetyki. padaczki za pomocą optogenetycznej kontroli neuronów. Tutaj omawiamy możliwość że podejście optogenetyczne może być wykorzystane do kontrolowania uwalniania gliotransmiterów i poprawy funkcji astrocytów, takich jak wychwyt glutaminianu i K(+) a tym samym zaoferować potencjalną strategię badania i leczenia padaczki padaczki związanej z astrocytami. --- Padaczka jest wyniszczającą chorobą, obecnie leczoną za pomocą leków, operacji lub stymulacją elektryczną. Żadne z tych podejść nie jest w pełni skuteczne, a nasze możliwości do kontrolowania napadów pozostaje ograniczona i komplikowana przez częste skutki uboczne. skutki uboczne. Pojawiająca się rewolucyjna technika optogenetyki umożliwia manipulowanie aktywnością określonych populacji neuronów in vivo z doskonałym z doskonałą rozdzielczością przestrzenno-czasową za pomocą światła. Zastosowaliśmy podejście optogenetyczne do przetestowania roli neuronów pobudzających hipokampa w modelu litowo-pilokarpinowym w modelu ostrych napadów wywołanych u przytomnych szczurów. Neurony piramidowe hipokampa neurony były transdukowane in vivo wirusem niosącym wzmocnioną halorhodopsynę (eNpHR), pompę chlorkową aktywowaną żółtym światłem, a postęp ostrego napadu był następnie monitorowany behawioralnie i elektrofizjologicznie w obecności i brak oświetlenia dostarczanego przez światłowód. Hamowanie tych neuronów neuronów z oświetleniem przed wystąpieniem napadu znacznie opóźnione Elektrograficzna i behawioralna inicjacja stanu padaczkowego i zmieniła dynamikę rozwoju aktywności ictal. Wyniki te ujawniają istotną rolę neuronów pobudzających hipokampa w tym modelu ictogenezy i ilustrują moc podejść optogenetycznych do wyjaśnienia mechanizmów napadów. Ten wczesny sukces w kontrolowaniu napadów sugeruje również przyszłe możliwości terapeutyczne. --- CEL PRZEGLĄDU: W ostatnich latach nastąpił ogromny postęp w wyjaśnianiu podstawowych mechanizmów padaczki na poziomie kanałów podstawowych mechanizmów padaczki na poziomie kanałów jonowych i neuroprzekaźników. neuroprzekaźników. Epilepsja jest jednak ostatecznie chorobą funkcjonalnych i/lub strukturalnych i/lub strukturalnie nieprawidłowych połączeń między neuronami i grupami neuronów na poziomie systemowym. Ostatnie postępy w neuroobrazowaniu i elektrofizjologii umożliwiają badanie strukturalnej i funkcjonalnej łączności całego mózgu. całego mózgu, a techniki te są obecnie wykorzystywane do badania chorób objawiających się globalnymi zaburzeniami funkcji mózgu. Padaczka jest taką chorobą, a nasze zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw rozwoju epilepsji i generowania napadów padaczkowych będzie niewątpliwie skorzysta na badaniach wykorzystujących te podejścia konektomiczne. OSTATNIE ODKRYCIA: MRI z wykorzystaniem obrazowania tensora dyfuzji dostarcza informacji strukturalnych. informacji strukturalnych, podczas gdy funkcjonalne MRI i elektroencefalografia dostarczają funkcjonalne informacje o połączeniach na poziomie całego mózgu. Optogenetyka, znaczniki, podejścia elektrofizjologiczne i obrazowanie wapnia dostarczają informacji o połączeniach na poziomie lokalnych obwodów. Te podejścia ujawniają ważne zaburzenia sieci neuronalnej leżące u podstaw sieci neuronalnej. STRESZCZENIE: Zrozumienie podstawowych mechanizmów leżących u podstaw rozwoju padaczki i rozwoju padaczki i generowania napadów padaczkowych będzie wymagało określenia nieprawidłowych połączeń funkcjonalnych i strukturalnych całego mózgu. mózgu. Dziedzina konektomiki zapewnia obecnie podejścia do osiągnięcia tego celu. --- Dokonaliśmy przeglądu niektórych z ważnych badań opublikowanych w ciągu ostatnich 18 miesięcy. miesięcy, które przyczyniły się do lepszego zrozumienia padaczek, ich etiologii i leczenia. Badania kliniczne ujawniły nowe spojrzenie na stare tematy w tym przewidywanie napadów, śmiertelność w padaczce, napady gorączkowe i patofizjologię ogniskowej patofizjologię ogniskowych dysplazji korowych. Szybki postęp w genetyce, a w szczególności sekwencjonowanie a w szczególności sekwencjonowanie całych eksomów miały wpływ na nasze zrozumienie encefalopatii padaczkowych i etiologii stwardnienia hipokampa. Eksperymentalne techniki badawcze, takie jak dostarczanie genów za pomocą wektorów wirusowych, optogenetyka i techniki transplantacji oparte na komórkach wyznaczyły ramy dla nowych podejść do leczenia padaczki opornej na farmakoterapię. Te kilka przykłady wskazują na ogromne postępy, jakie ostatnio poczyniono w badaniach nad padaczką. w badaniach nad padaczką. --- Narzędzia optogenetyczne obejmują szereg różnych wrażliwych na światło białek z organizmów jednokomórkowych, które mogą być wyrażane w neuronach ssaków i skutecznie kontrolować ich pobudliwość. Dwie główne klasy narzędzi optogenetycznych pozwalają na depolaryzację lub hiperpolaryzację i odpowiednio generowanie lub hamowanie potencjałów w selektywnych populacjach neuronów. Otwiera to bezprecedensowe możliwości określenia roli niektórych populacji neuronów w przetwarzaniu i chorobach mózgu. mózgu i chorobach. Co więcej, optogenetyka może być brana pod uwagę przy opracowywaniu potencjalnych strategii leczenia chorób mózgu, w szczególności zaburzeń pobudliwości, takich jak padaczka. zaburzenia pobudliwości, takie jak padaczka. Ekspresja hamującej halorhodopsyny NpHR w głównych komórkach hipokampa w głównych komórkach hipokampa została ostatnio wykorzystana jako narzędzie do skutecznego kontrolować chemicznie i elektrycznie indukowaną aktywność padaczkową w preparatach wycinków preparaty i zmniejszyć in vivo pikowanie indukowane wstrzyknięciem toksyny tężcowej w korze ruchowej. W niniejszym przeglądzie przedstawiamy kompleksowe podsumowanie dotychczasowych w dziedzinie epilepsji z wykorzystaniem optogenetyki, a także omawiamy niektóre z możliwych strategii, które można przewidzieć w przyszłości. Wskazujemy również również niektóre wyzwania i pułapki związane z możliwymi wynikami wykorzystania optogenetyki do kontrolowania pobudliwości sieci i związanych z nią chorób mózgu. chorób mózgu. Niniejszy artykuł jest częścią wydania specjalnego zatytułowanego "Nowe cele i podejścia do leczenia padaczki". Podejścia do leczenia padaczki". --- Padaczka charakteryzuje się skłonnością mózgu do generowania spontanicznych powtarzających się wybuchów nadmiernej aktywności neuronalnej, napadów padaczkowych. Hamowanie, w którym pośredniczy GABA hamowanie ma kluczowe znaczenie dla powstrzymania pobudzenia neuronów w mózgu, a zatem neuroprzekaźnictwa GABAergicznego jest powszechnie stosowane w celu zapobiegania napadom drgawkowym. zapobiegać napadom. Jednak dane uzyskane w zwierzęcych modelach padaczki i z ludzkiej tkanki padaczkowej sugerują, że sygnalizacja za pośrednictwem GABA przyczynia się do aktywności międzynapadowej i napadowej. Długotrwała aktywacja receptorów GABA(A) podczas może nawet zainicjować przesunięcie w neuroprzekaźnictwie GABAergicznym z hamującego na pobudzający, a więc mieć działanie prodrgawkowe. Bezpośrednie ukierunkowanie na mechanizmy błonowe, które zmniejszają skok w neuronach glutaminergicznych może lepiej kontrolować pobudliwość neuronów w tkance padaczkowej. Manipulacja pH mózgu może być obiecującym podejściem, a ostatnie postępy w terapii genowej i optogenetyce wydają się prawdopodobne. w terapii genowej i optogenetyce prawdopodobnie zapewnią dalsze drogi do skutecznej interwencji terapeutycznej. skutecznej interwencji terapeutycznej. --- Urazy kory mózgowej, takie jak udar mózgu, są głównym źródłem niepełnosprawności. Nieadaptacyjne konsekwencje mogą wynikać z lokalnej reorganizacji obwodów korowych po urazie. korowych. Na przykład padaczka jest częstym następstwem udaru korowego, ale mechanizmy odpowiedzialne za napady po urazach korowych pozostają nieznane. Oprócz lokalnej reorganizacji, dalekosiężne, pozakorowe połączenia mogą mieć kluczowe znaczenie dla utrzymania napadów. U szczurów odkryliśmy, że wzgórze, struktura, która jest oddalona od uszkodzonej kory, ale z nią połączona. ale połączona z uszkodzoną korą, była wymagana do utrzymania napadów korowych. Neurony wzgórzowo-korowe połączone z uszkodzoną korą padaczkową uległy zmianom w ekspresji kanału HCN i stały się nadpobudliwe. Ukierunkowanie tych neuronów za pomocą zamkniętej pętli optogenetyczną ujawniło, że zmniejszenie ich aktywności w czasie rzeczywistym było wystarczające do natychmiastowego przerwania napadów elektrograficznych i behawioralnych. Takie podejście podejście ma znaczenie terapeutyczne w przypadku trudnej do leczenia padaczki, ponieważ oszczędza funkcje korowe między napadami, w przeciwieństwie do istniejących metod leczenia, takich jak jak chirurgiczne uszkodzenie lub leki. --- Techniki optogenetyczne zapewniają potężne narzędzia do dwukierunkowej kontroli aktywności neuronalnej i badania zmian występujących w zaburzeniach pobudliwości, takich jak padaczka. zaburzeniach pobudliwości, takich jak padaczka. W szczególności, możliwość specyficznej aktywacji przez określone światłem populacje interneuronów wyrażające kanałrhodopsin-2 zapewnia bezprecedensową możliwość zbadania ich wkład w fizjologiczną i patologiczną aktywność sieci. Istnieje kilka podklas interneuronów w obszarach korowych o różnej funkcjonalnej łączność z głównymi neuronami (np. ukierunkowanie na ich okołosomatyczne lub dendrytycznych). Dlatego można optogenetycznie aktywować określoną lub mieszaną populację interneuronów i przeanalizować ich selektywne lub skoordynowane działanie hamujące na główne komórki. hamujące działanie na komórki główne. Zdecydowaliśmy się zbadać koncepcyjnie nową strategię obejmującą jednoczesną aktywację mieszanych populacji interneuronów przez optogenetykę i zbadać ich wpływ na trwającą aktywność epileptyczną w myszy ostrych skrawkach hipokampa myszy. Tutaj pokazujemy, że takie podejście skutkuje krótkim początkowym wyładowaniem potencjału czynnościowego w neuronach piramidowych CA3, a następnie długotrwałe tłumienie trwającej aktywności padaczkowej podczas ekspozycji na światło. Taka sekwencja zdarzeń była spowodowana masywnym, indukowanym przez światło uwalnianiem GABA z neuronów interneuronów z ekspresją ChR2. Hamowanie aktywności epileptycznej było mniej wyraźniejsze, jeśli tylko interneurony z ekspresją parwalbuminy lub somatostatyny były aktywowane przez światło. Nasze dane sugerują, że globalna aktywacja optogenetyczna mieszanych populacji interneuronów interneuronów jest bardziej skutecznym podejściem do opracowywania nowych strategii terapeutycznych dla padaczki, ale początkowe generowanie potencjału czynnościowego w głównych neuronach należy wziąć pod uwagę. --- Obecne opcje leczenia padaczki są niewystarczające, ponieważ zbyt wielu pacjentów cierpi z powodu niekontrolowanych napadów i negatywnych skutków ubocznych leczenia. Oprócz tych wyzwań klinicznych, nasze naukowe zrozumienie padaczki jest niepełne. Technologie optogenetyczne i projektowane receptory zapewniają bezprecedensową i bardzo potrzebną specyficzność, pozwalającą na przestrzenną, czasową i przestrzenną, czasową i selektywną modulację obwodów neuronalnych. Korzystając z takich narzędzi, można teraz można zacząć zajmować się niektórymi fundamentalnymi pytaniami bez odpowiedzi w padaczce padaczki, przeanalizować obwody neuronów padaczkowych i opracować nowe strategie interwencji. strategie interwencji. Taka specyfika interwencji może również przynieść bezpośrednie korzyści terapeutyczne, umożliwiając terapeutycznych, umożliwiając kontynuację funkcji zdrowych tkanek i sieci. nienaruszone. W niniejszej Perspektywie omawiamy obiecujące zastosowania tych technologii w badaniach nad napadami i padaczką, a także potencjalne zastosowanie tych strategii w terapiach klinicznych. strategii w terapiach klinicznych. --- Optogenetyka jest nowatorską technologią, która łączy optykę i genetykę poprzez optyczne optycznej kontroli mikrobiologicznych opsyn, ukierunkowanych na błony żywych komórek. Wszechstronność i charakterystyka elektrofizjologiczna wrażliwych na światło kanałów jonowych channelrhodopsin-2 (ChR2), halorhodopsin (NpHR) i światłoczułej pompy protonowej archaerhodopsin pompa archaerhodopsin-3 (Arch) sprawiają, że te narzędzia optogenetyczne są silnymi kandydatami w kontrolowanie odpalania neuronów w modelach padaczki i dostarczanie wglądu w fizjologię i patologię organizacji i synchronizacji sieci neuronalnych. synchronizacji. Opsyny umożliwiają selektywną aktywację neuronów pobudzających i hamujących interneuronów lub podklas interneuronów w celu zbadania ich aktywności w różnych stanach mózgu in vivo i przeanalizować ich rolę w generowaniu generowaniu synchronii i drgawek. Wpływ gliotransmisji na gliotransmisję na funkcję sieci padaczkowej jest kolejnym tematem, który może być dalej badany przy użyciu aktywowanych światłem opsyn sprzężonych z białkiem Gq w celu selektywnej aktywacji astrocytów. Stale rosnący zestaw narzędzi optogenetycznych może być można również połączyć z nowymi technikami, które znacznie rozszerzyły nasze możliwości do rejestrowania określonych podtypów neuronów korowych i hipokampalnych u przytomnych zwierząt, takich jak zachowujących się zwierzętach, takich jak nagrywanie zestawakomórkowe i dwufotonowe rejestracja całych komórek, aby zidentyfikować określone podtypy neuronów, które są zmienione w sieciach padaczkowych. Wreszcie, narzędzia optogenetyczne pozwalają na szybkie i odwracalne tłumienie aktywności elektroencefalografii padaczkowej (EEG) po fotoaktywacji. Niniejszy przegląd przedstawia najnowsze postępy osiągnięte dzięki technikom technik optogenetycznych w dziedzinie padaczki, podsumowując prezentacje wygłoszonych na 13. spotkaniu ILAE WONOEP, które odbyło się w Górach Laurentian w Quebecu w czerwcu 2013 roku, Quebec, w czerwcu 2013 roku. --- Złożoność mózgu, w którym różne typy komórek neuronalnych są przeplatają się i są ze sobą kompleksowo połączone, stanowiła główną przeszkodę w identyfikacji mechanizmów patofizjologicznych leżących u podstaw powszechnych zaburzeń neurologicznych. zaburzenia neurologiczne. Wynika to w dużej mierze z niezdolności klasycznych metod eksperymentalnych eksperymentalnych do celowania w określone populacje neuronalne z wystarczającą rozdzielczością czasową i przestrzenną. rozdzielczości czasowej i przestrzennej. W konsekwencji brakuje skutecznych terapii klinicznych dla powszechnych zaburzeń neurologicznych. zaburzeń neurologicznych. Niedawno opracowane sondy optogenetyczne są genetycznie wyrażonymi światłoczułymi kanałami jonowymi i pompami, które zasadniczo pokonują te ograniczenia. przezwyciężają te ograniczenia. Sondy optogenetyczne umożliwiają milisekundową rozdzielczość kontroli funkcjonalnej nad wybranymi optogenetycznie transdukowanymi populacjami neuronów wyselekcjonowanymi na podstawie aktywności promotora. Ten schemat optycznej kontroli komórek została już zastosowana w celu udzielenia odpowiedzi na fundamentalne pytania dotyczące zaburzeń neurologicznych, umożliwiając badaczom eksperymentalne przechwytywanie lub indukować patofizjologiczną aktywność sygnalizacyjną neuronów w wysoce kontrolowany sposób. sposób. Oferując wysoką rozdzielczość czasową kontroli nad aktywnością neuronalną przy wysokiej specyficzności komórkowej, optogenetyka specyficzności komórkowej, narzędzia optogenetyczne stanowią przełom w badaniach mających na celu zrozumienie patofizjologicznych mechanizmów sygnalizacji w zaburzeniach zaburzeniach neurologicznych oraz w opracowywaniu strategii terapeutycznych w celu ich skorygowania. W tym W związku z tym ostatnie prace eksperymentalne dostarczyły nowych informacji na temat podstawowych mechanizmów mechanizmy, a także wstępne dowody na zasadność terapii optogenetycznych, kilku zaburzeń neurologicznych, w tym choroby Parkinsona, padaczki i postępującej ślepoty. postępującej ślepoty. Niniejszy przegląd syntetyzuje prace eksperymentalne, w których narzędzia optogenetyczne zostały zastosowane do badania patologicznej aktywności sieci neuronowej w modelach zaburzeń neurologicznych. --- TŁO: Wykazano, że elektryczna stymulacja o wysokiej częstotliwości (HFS) tłumić drgawki. Jednak mechanizmy tłumienia napadów pozostają niejasne i wymagane są techniki blokowania określonych populacji neuronalnych. CEL: Celem jest zbadanie protokołu optycznego HFS napadów, jak również podstawowych mechanizmów istotnych dla tłumienia napadów za pośrednictwem HFS przez przy użyciu metodologii optogenetycznej. METODY: Myszy transgeniczne Thy1-ChR2 wykorzystano zarówno w eksperymentach in vivo, jak i in vitro. eksperymentach. Zastosowano stymulację optyczną z ciągami impulsów o częstotliwości 20 i 50 Hz na ognisku, aby określić jego wpływ na aktywność napadową in vivo indukowaną przez 4-AP i zarejestrowane w obustronnym i ipsilateralnym skroniowym hipokampie CA3 regionach. Metodologia in vitro została następnie wykorzystana do zbadania mechanizmów supresji in in vivo. WYNIKI: Optyczny HFS był w stanie wygenerować 82,4% tłumienia napadów przy 50 Hz przy mocy światła 6,1 mW i 80,2% tłumienia napadów przy 20 Hz przy mocy światła 2,0 mW. moc 2,0 mW. Procent tłumienia wzrósł wraz ze wzrostem mocy światła moc i nasycenie, gdy moc osiągnęła wyżej wymienione wartości. Wyniki in vitro wyniki eksperymentalne wskazują, że w tłumieniu drgawek pośredniczyła aktywację receptorów GABA. Efekt tłumienia drgawek zmniejszył się wraz z ciągłej aplikacji, ale efekt tłumienia można przywrócić przez przerywaną stymulację. WNIOSKI: Badanie to pokazuje, że stymulacja optyczna o wysokiej częstotliwości ukierunkowana na pobudzającą opsynę ma potencjalne zastosowanie terapeutyczne do szybkiego kontroli ogniska padaczkowego. Ponadto, obserwacje elektrofizjologiczne sygnałów zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych ujawniły, że neuroprzekaźnictwo GABAergiczne neurotransmisja aktywowana przez stymulację optyczną była odpowiedzialna za tłumienie.
Czy narzędzia optogenetyczne są wykorzystywane w badaniach i leczeniu padaczki?
Korzystając z narzędzi optogenetycznych, można zacząć zajmować się niektórymi podstawowymi pytaniami dotyczącymi padaczki, na które nie ma odpowiedzi, analizować padaczkowe obwody neuronalne i opracowywać nowe strategie interwencji.