Su misura, impulsi di luce ultraveloci possono attivare l'attivazione dei neuroni e un giorno potrebbero aiutare i pazienti con problemi circadiani o dell'umore sensibili alla luce, secondo un nuovo studio sui topi dell'Università dell'Illinois.

I chimici hanno usato fasci di luce così accuratamente realizzati, chiamato controllo coerente, per regolare le reazioni chimiche, ma questo studio è la prima dimostrazione del loro utilizzo per controllare la funzione in una cellula vivente. Lo studio ha utilizzato neuroni di topo optogenetici, ovvero cellule a cui è stato aggiunto un gene per farle rispondere alla luce. Però, i ricercatori affermano che la stessa tecnica potrebbe essere utilizzata su cellule che rispondono naturalmente alla luce, come quelli della retina.

"Il detto, "L'occhio è la finestra dell'anima" ha qualche merito, perché i nostri corpi rispondono alla luce. I fotorecettori nelle nostre retine si collegano a diverse parti del cervello che controllano l'umore, ritmi metabolici e ritmi circadiani, " ha detto il dottor Stephen Boppart, il capo dello studio pubblicato sulla rivista Fisica della natura . Boppart è un professore dell'Illinois di ingegneria elettrica e informatica e di bioingegneria, ed è anche un medico.

I ricercatori hanno usato la luce per eccitare un canale fotosensibile nella membrana dei neuroni. Quando i canali erano eccitati, hanno lasciato passare gli ioni, che ha provocato l'attivazione dei neuroni.

Mentre la maggior parte dei sistemi biologici in natura sono abituati alla luce continua del sole, Il team di Boppart ha utilizzato una raffica di impulsi luminosi molto brevi, meno di 100 femtosecondi. Questo fornisce molta energia in un breve periodo di tempo, eccitando le molecole a diversi stati energetici. Oltre a controllare la lunghezza degli impulsi luminosi, Il team di Boppart controlla l'ordine delle lunghezze d'onda in ogni impulso luminoso.

"Quando hai un impulso di luce ultracorto o ultraveloce, ci sono molti colori in quel polso. Possiamo controllare quali colori vengono prima e quanto brillante sarà ogni colore, " ha detto Boppart. "Per esempio, le lunghezze d'onda del blu sono un'energia molto più alta delle lunghezze d'onda del rosso. Se scegliamo quale colore viene prima, possiamo controllare quale energia vede la molecola a che ora, per spingere l'eccitazione verso l'alto o verso il basso fino alla linea di base. Se creiamo un impulso in cui il rosso viene prima del blu, è molto diverso che se l'azzurro viene prima del rosso".

I ricercatori hanno dimostrato di utilizzare modelli di impulsi luminosi su misura per far sì che i neuroni si attivino in diversi modelli.

Boppart afferma che un controllo coerente potrebbe dare agli studi di optogenetica una maggiore flessibilità, poiché la modifica delle proprietà della luce utilizzata può offrire ai ricercatori più strade rispetto a dover ingegnerizzare topi con nuovi geni ogni volta che desiderano un comportamento neuronale diverso.

Al di fuori dell'optogenetica, i ricercatori stanno lavorando per testare la loro tecnica di controllo coerente con cellule e processi naturalmente sensibili alla luce:cellule retiniche e fotosintesi, Per esempio.

"Quello che stiamo facendo per la prima volta è usare un controllo leggero e coerente per regolare la funzione biologica. Questo è fondamentalmente più universale dell'optogenetica - questo è solo il primo esempio che abbiamo usato, " ha detto Boppart. "In definitiva, questo potrebbe essere un gene-free, modo non farmacologico di regolare la funzione cellulare e tissutale. Pensiamo che potrebbero esserci "optoceutici, ' metodi di trattamento dei pazienti con la luce."