Rekaman HD-MEA dari irisan hipokampus manusia. Kredit: Ilmu Syaraf Alam (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01782-5
Dalam pengobatan yang suatu hari nanti bisa menjadi pengobatan baru untuk epilepsi, para peneliti di UC San Francisco, UC Santa Cruz dan UC Berkeley menggunakan gelombang cahaya untuk mencegah aktivitas seperti kejang di neuron. Studi ini diterbitkan pada 15 November di Nature Neuroscience.
Para peneliti menggunakan jaringan otak yang telah diambil dari pasien epilepsi sebagai bagian dari pengobatan mereka.
Pada akhirnya, mereka berharap teknik ini akan menggantikan operasi untuk mengangkat jaringan otak tempat kejang berasal, sehingga memberikan pilihan yang tidak terlalu invasif bagi pasien yang gejalanya tidak dapat dikendalikan dengan obat-obatan.
Tim tersebut menggunakan metode yang dikenal sebagai optogenetika, yang menggunakan virus tidak berbahaya untuk mengirimkan gen peka cahaya dari mikroorganisme ke serangkaian neuron tertentu di otak yang dapat dihidupkan dan dimatikan oleh gelombang cahaya.
Ini adalah demonstrasi pertama bahwa optogenetika dapat digunakan untuk mengontrol aktivitas kejang di jaringan otak manusia yang hidup dan membuka pintu bagi pengobatan baru untuk penyakit dan kondisi neurologis lainnya.
“Ini merupakan langkah besar menuju cara baru yang ampuh untuk mengobati epilepsi dan kemungkinan kondisi lainnya,” kata Dr. Tomas Novakovski, asisten profesor bedah saraf dan salah satu penulis penelitian tersebut.
Mengurangi serangan epilepsi
Untuk menjaga jaringan tersebut tetap hidup cukup lama untuk menyelesaikan penelitian, yang memakan waktu beberapa minggu, para peneliti menciptakan lingkungan yang meniru kondisi di dalam tengkorak.
John Andrews, MD, seorang spesialis bedah saraf, menempatkan jaringan tersebut pada media nutrisi yang menyerupai cairan serebrospinal yang membasahi otak.
David Schaffer, Ph.D., seorang insinyur biomolekuler di UC Berkeley, menemukan virus terbaik untuk mengirimkan gen sehingga mereka dapat bekerja di neuron spesifik yang menjadi target tim.
Andrews kemudian menempatkan jaringan tersebut pada lapisan elektroda yang cukup kecil untuk mendeteksi pelepasan listrik dari neuron yang berkomunikasi satu sama lain.
Saat otak bekerja normal, neuron mengirimkan sinyal pada waktu dan frekuensi berbeda dalam obrolan tingkat rendah yang dapat diprediksi. Namun selama kejang, obrolan tersebut tersinkronisasi menjadi semburan aktivitas listrik keras yang membanjiri obrolan biasa di otak.
Tim berharap dapat menggunakan gelombang cahaya untuk mencegah ledakan dengan mematikan neuron yang mengandung protein peka cahaya.
Bereksperimen dengan kendali jarak jauh
Pertama, tim harus menemukan cara untuk melakukan eksperimen tanpa mengganggu jaringan. Elektroda kecil ini hanya berjarak 17 mikron – kurang dari setengah lebar rambut manusia – dan gerakan sekecil apa pun pada irisan otak dapat mengubah hasil penelitian.
Mircea Teodorescu, Ph.D., profesor teknik elektro dan komputer di UCSC dan salah satu penulis senior penelitian ini, merancang sistem kendali jarak jauh untuk merekam aktivitas listrik neuron dan mengirimkan pulsa cahaya ke jaringan.
Laboratorium Teodorescu membuat perangkat lunak yang memungkinkan para ilmuwan mengendalikan peralatan tersebut, sehingga kelompok tersebut dapat mengarahkan eksperimen dari Santa Cruz ke jaringan di laboratorium Nowakowski di San Francisco.
Dengan begitu, tidak ada seorang pun yang boleh berada di ruangan tempat tisu itu disimpan.
“Ini merupakan kolaborasi yang sangat unik untuk memecahkan masalah penelitian yang sangat kompleks,” kata Teodorescu. “Fakta bahwa kita benar-benar mencapai prestasi ini menunjukkan seberapa jauh kita bisa melangkah jika kita bergabung dengan kekuatan institusi kita.”
Wawasan baru tentang serangan
Optogenetika memungkinkan peneliti untuk memperbesar kumpulan neuron yang berbeda.
Kelompok tersebut dapat melihat jenis neuron apa dan berapa banyak yang dibutuhkan untuk memulai kejang. Dan mereka menentukan intensitas cahaya terendah yang diperlukan untuk mengubah aktivitas listrik neuron di bagian otak yang hidup.
Para peneliti juga dapat melihat bagaimana interaksi antar neuron menghambat serangan tersebut.
Edward Chang, MD, ketua Bedah Neurologis di UCSF, mengatakan wawasan ini dapat merevolusi perawatan penderita epilepsi.
“Saya yakin di masa depan kita tidak perlu melakukan hal itu jika kita menggunakan pendekatan ini,” kata Chang, yang merupakan anggota UCSF Weill Neuroscience Institute bersama Novakovski.
“Kami akan mampu memberi orang kontrol yang lebih halus dan efektif terhadap kejang mereka sekaligus menyelamatkan mereka dari operasi invasif.”
Informasi lebih lanjut: Andrews, JP, dkk. Evaluasi multimodal aktivitas jaringan dan intervensi optogenetik pada irisan hipokampus manusia. Ilmu Saraf Alam (2024). doi.org/10.1038/s41593-024-01782-5
Disediakan oleh Universitas California, San Francisco
Kutipan: Studi Menunjukkan Potensi Optogenetika untuk Mengobati Epilepsi (2024, 15 November) Diakses pada 15 November 2024, dari https://medicalkpress.com/nevs/2024-11-potential-optogenetics-epilepsi.html
Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk transaksi wajar untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.