Avances en opto-génétique
Pouvez-vous donner une introduction à l'opto-génétique? Comment cette technologie a-t-elle été inspirée par la psychiatrie?
L'optogenèse est une façon d'introduire l'information dans le cerveau à l'aide de la lumière, elle vise des cellules spécifiques ou des connexions à travers le cerveau. Il est rapide, comme la signalisation cérébrale, et vous aide à communiquer avec les circuits neuronaux dans une langue plus similaire à ce qui est normalement utilisé dans le cerveau.
Cela peut se faire en se comportant des mammifères accomplissant des tâches complexes, même le comportement social et la mémoire, et cela ouvre la porte à la compréhension à un niveau plus profond, non seulement comment les choses fonctionnent, mais comment elles peuvent ne pas fonctionner en psychologie et en neurologie.
Il est communément pensé chez les psychiatres et les neurologues qu'il n'y a pas une compréhension profonde du cerveau pour construire les types de nouveaux traitements avec la spécificité et la précision nécessaires pour réussir. On ressent dans toute la communauté, que ce soit en thérapie vocale pour les patients, en administrant des médicaments sous forme de pilules ou en offrant des traitements de stimulation cérébrale.
Heureusement, l'objectif de construire des moyens précis d'interagir avec le cerveau n'est pas seulement important pour la psychiatrie, mais il est également important pour les neurosciences basiques, et c'est l'une des applications les plus intéressantes de l'optogenèse. Mon laboratoire est principalement un laboratoire de base de la science, en étudiant ce que nous pouvons faire pour faire progresser notre compréhension fondamentale du cerveau.
Comment l'opto-génétique s'intègre-t-elle dans le contexte plus large des expériences en neuroscience?
L'optogenèse est devenue une technique assez standard, il y a des milliers et des milliers de laboratoires et journaux dans le monde qui ont émergé en l'utilisant. Cela fait partie du bras causal de la trousse utilisée pour tester si quelque chose est nécessaire ou suffisant pour un processus, par exemple si un modèle d'activité dans un type particulier de cellule est nécessaire ou suffisant pour la physiologie ou le comportement.
Il y a beaucoup d'autres technologies merveilleuses en neuroscience, par exemple, des outils génétiques et anatomiques très puissants. Là où l'opto-génétique s'intègre, c'est ainsi que vous pouvez tester si l'activité est causale.
Quels sont les défis que l'opto-génétique nous permet de surmonter?
Pendant de nombreuses années, les neuroscientifiques ont effectivement étudié les corrélations. L'optogenèse vous enlève de l'observation et des corrélations et vous conduit à la causalité.
Cette limitation est quelque chose que l'opto-génétique abordée pour le domaine, et est très synergique avec tous les autres travaux magnifiques et fondamentaux en neuroscience. Il fournit également une spécificité et une vitesse de type cellulaire que les approches antérieures ne pouvaient pas fournir.
Quel aspect de l'opto-génétique vas-tu couvrir dans ta conférence Wallace H. Coulter à Pittcon 2017?
Je parlerai d'un aperçu émergent de la façon dont les protéines optogénétiques elles-mêmes fonctionnent. Je suis en fait un chimiste et un biochimiste avant cela, et j'ai consacré beaucoup de temps au cours des huit dernières années environ à la compréhension de ces canaux ioniques activés par la lumière.
Ce sont les protéines que nous mettons dans les cellules afin de les faire réagir à la lumière, ce sont de très bonnes protéines, même séparées de leurs applications opto-génétiques. Ils proviennent d'algues et d'autres microorganismes permettant aux animaux de réagir à la lumière, alors à Pittcon, je parlerai de la façon dont ces protéines fonctionnent, ce qui intéressera particulièrement les chercheurs de type moléculaire.
Je parlerai également de la façon dont notre compréhension plus profonde de ces protéines nous a permis de construire de nouvelles approches opto-génétiques. Nous avons pu faire des mutants et de nouvelles versions de ces protéines car nous avons une profonde compréhension structurelle et mécanique de la protéine elle-même. Cela nous a conduit à des expériences totalement nouvelles d'opto-génétique. Je parlerai de la façon dont cette chimie de base a conduit à de nouvelles avancées en neurosciences.
Qu'aimeriez-vous en discuter dans votre exposé? Est-ce que vous discuterez de la méthode CLARITY?
Récemment, il y a eu beaucoup de travail sur CLARITY et toutes les méthodes qui en sont issues, et je parlerai également de ça. Ce que beaucoup de gens font, y compris mon propre laboratoire, fusionne les techniques en un flux de travail commun.
Une fois que vous avez établi un type de cellule particulier est important dans le comportement d'un animal utilisant l'opto-génétique, vous pouvez ensuite obtenir les réseaux de ces mêmes cellules en utilisant CLARITY. Cela vous permet de voir la connectivité, le schéma de circuit, de ces mêmes cellules que vous connaissez sont importantes dans l'activité qui cause un comportement. C'est un grand pas en avant et beaucoup de laboratoires utilisent cette technique, cela nous a aidés à progresser vers une compréhension intégrative de la façon dont les circuits neuronaux donnent lieu à des comportements complexes.
Quelles techniques ont été les plus importantes pour votre travail?
Ces jours-ci, nous utilisons beaucoup d'optiques, d'imagerie, d'électrophysiologie et d'analyse de calcul et sont devenus particulièrement importants en créant des flux de données magnifiques mais complexes que nous ne pouvions même pas imaginer auparavant.
À partir d'une seule souris, nous obtenons des téraoctets de données structurelles et d'activité, puis, lorsque nous commençons à faire de nombreuses expériences et à tester beaucoup de dynamiques de population étudiées dans de nombreux animaux, cela devient très difficile et nous avons donc besoin de méthodes de calcul très avancées, ce qui Ont également été importants.
Comment les progrès de la technologie ont-ils eu une incidence sur votre recherche?
Nous avons aidé à faire avancer beaucoup de choses, mais beaucoup ont été construits sur des travaux de pointe dans d'autres disciplines, par exemple, les lasers. Les progrès de la technologie laser et LED ont été extrêmement importants pour l'optogenèse.
L'informatique à haut débit, les dispositifs GPU, le cloud computing, puis les progrès de la génétique. La virologie de base a également été très précieuse.
Beaucoup de ce que nous avons pu faire, même si nous le voulions, nous ne pouvions pas l'avoir fait il y a 20 ans parce que ces autres domaines de soutien n'avaient pas atteint leur état actuel.
Quels autres développements aimeriez-vous voir?
Nous améliorons la compatibilité ou la modification précise des modèles d'activité naturels. Nous pouvons jouer dans n'importe quelle forme d'activité que nous voulons, mais la question est de savoir à quel point cela ressemble-t-il à un schéma naturel?
Pour répondre à cette question, vous avez d'abord détecté des modèles naturels pour voir ce qui se passe naturellement. Nous en avons beaucoup amélioré, et maintenant, ces jours-ci, vous pouvez maintenant combiner les modèles d'activité naturels à l'aide de l'opto-génétique et c'est quelque chose dont j'aimerais en voir plus.
Cela nécessite encore une autre union de champs combinant l'imagerie, la collecte de lumière, le jeu ou la fourniture de lumière, et tout cela dans le même dispositif, et le même système à grande vitesse, et même en boucle fermée, très puissant .
Qu'attendez-vous à Pittcon 2017?
J'aime les réunions larges, interdisciplinaires et quantitatives où je peux apprendre différentes choses, peut-être pas quelque chose que je recherche spécifiquement. J'attends avec impatience plus que tout, en m'exposant à quelque chose qui ne serait pas dans mon chemin normal.
Quels sont vos futurs projets de recherche?
Nous voulons continuer à faire progresser l'opto-génétique et la CLARITÉ et à les utiliser ensemble dans le but de comprendre comment les comportements adaptatifs et inadaptés découlent des modèles d'activité des circuits. Il y a beaucoup plus à faire.
En tant que psychiatre, j'espère que nous pouvons continuer à comprendre ces questions profondes sur l'anxiété, la dépression, la toxicomanie et atteindre un niveau où nous pouvons aborder la nature du problème d'un patient très précisément. Ensuite, pour suivre cela avec des traitements individualisés, mais cela peut être beaucoup plus tard.
Nous voulons pouvoir dépasser l'ambiguïté et être en mesure de repérer exactement la biologie derrière ce que les patients souffrent intensément. Ce sera un grand pas en avant pour les patients, les familles et la société.