Peneliti Singapura Kembangkan Saklar untuk Mempelajari Otak

SINGAPURA - Para peneliti dari Sekolah KedokteranDuke University dan National University of Singapore (Duke-NUS) menemukan kelas baru protein peka cahaya dapat digunakan untuk mematikan sel-sel otak secara efisien dengan cahaya. Temuan ini menawarkan kepada para ilmuwan alat yang lebih efektif untuk mempelajari otak.

Dikutip dari The Straits Times, penelitian yang diterbitkan dalam jurnal multidisiplin Nature Communications pada bulan April ini, membuka jalan bagi para ilmuwan untuk lebih memahami sirkuit otak yang mendasari gangguan neurodegeneratif dan kejiwaan seperti penyakit parkinson dan depresi.

Tim peneliti menunjukkan saluran ion kalium tertentu dapat dipicu oleh cahaya untuk menghambat aktivitas sel otak pada ikan, cacing, dan lalat.

"Saluran ion kalium ini berfungsi seperti gerbang pada membran sel. Saat terkena cahaya, gerbang ini terbuka dan membiarkan ion kalium mengalir masuk, membantu menenangkan aktivitas di sel-sel otak," kata Stanislav Ott, penulis pertama penelitian tersebut, baru-baru ini.

"Hal ini memberi kita wawasan baru tentang bagaimana aktivitas otak diatur," tambah Ott, seorang peneliti senior di Program Neurosains dan Gangguan Perilaku Duke-NUS.

Ion kalium sangat penting untuk proses seluler seperti transmisi impuls saraf, kontraksi otot, dan pemeliharaan keseimbangan sel-cairan. Cahaya telah digunakan dalam studi ilmu saraf sejak teknik yang disebut optogenetika pertama kali ditunjukkan pada tahun 2002.

Hal ini melibatkan penyisipan protein peka cahaya seperti saluran ion ke dalam sel, seperti neuron otak. Para ilmuwan kemudian dapat menggunakan cahaya untuk merangsang atau mematikan aktivitas listrik sel, yang memungkinkan mereka untuk memanipulasi sirkuit otak.

"Saat ini ada dua jenis protein peka cahaya umum yang dapat dianggap sebagai sakelar yaitu saluran ion natrium dan saluran ion klorida," kata Adam Claridge-Chang, penulis senior penelitian tersebut.

Namun alat-alat ini memiliki keterbatasan. "Saluran ion natrium mengaktifkan aktivitas otak. Namun, hal ini tidak semudah ditafsirkan seperti menghilangkan aktivitas neuron," kata Claridge-Chang, yang juga berasal dari Program Neurosains dan Gangguan Perilaku Duke-NUS.

"Dari sudut pandang ahli genetika, menghilangkan fungsi lebih informatif. Jadi, selalu ada dorongan untuk menemukan inhibitor, dan inhibitor yang lebih baik."

Sementara itu, saluran ion klorida dapat menghambat aktivitas otak, tetapi terkadang juga mengaktifkannya.

"Kami telah mengembangkan 'saklar kendali jarak jauh' yang diaktifkan cahaya sebelumnya, tetapi kami menemukan saluran kalium baru ini bahkan lebih serbaguna, menyediakan cara yang sangat berguna untuk mempelajari cara kerja otak," kata Claridge-Chang.

Hal ini memungkinkan peneliti untuk mempelajari lebih baik bagaimana berbagai wilayah otak berfungsi dan berinteraksi.

Itu juga menawarkan pendekatan yang menjanjikan untuk mempelajari penyebab gangguan neurodegeneratif, perkembangan saraf, dan kejiwaan, serta membuka jalan bagi perawatan yang lebih efektif untuk gangguan otak.

Misalnya, alat optogenetik baru digunakan untuk menyelidiki hubungan antara serotonin, suasana hati, dan makanan. Serotonin telah dikaitkan dengan depresi dan antidepresan yang paling umum digunakan menargetkan zat kimia ini di otak.

"Serotonin adalah neurotransmitter penting, yang berperan dalam nafsu makan dan suasana hati, tetapi masih memiliki semacam krisis identitas. Mungkin saja frasa seperti 'perasaan hati' lebih dari sekadar analogi: Tentu saja, serotonin dan makan keduanya merupakan proses evolusi yang sangat kuno dan kemungkinan mendahului emosi," kata Claridge-Chang.

Alat baru ini juga dapat membantu para peneliti mempelajari metode pengobatan depresi dengan lebih baik, seperti terapi elektrokonvulsif (ECT). ECT umumnya dianggap sebagai pilihan terakhir bagi pasien dengan depresi berat yang tidak merespons pengobatan lain. Meskipun efektif, belum sepenuhnya dipahami mengapa ECT berhasil. ECT juga dapat menyebabkan hilangnya ingatan.

"Jika kita mampu menggunakan optogenetika untuk memahami proses otak dalam depresi, maka seseorang mungkin dapat mengembangkan terapi yang lebih mendalam dan terarah daripada ECT," kata Claridge-Chang.