berita

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Baru-baru ini, Dong Chunyang, lulusan PhD langsung dari Universitas California, Davis, dan saat ini terlibat dalam penelitian pascadoktoral di Universitas Stanford, bersama-sama mengembangkan penyelidikan fluoresen yang dikodekan secara genetik, yang menyediakan alat inovatif untuk mempelajari dinamika neuropeptida.

Gambar |. Dong Chunyang (Sumber: Dong Chunyang)

Menurut laporan,Ide inti dari penelitian ini adalah untuk memadukan protein fluoresen dengan reseptor opioid dan mencerminkan proses pengikatan peptida opioid secara real time melalui perubahan sinyal fluoresensi yang disebabkan oleh perubahan konformasi reseptor.

Selama periode ini, Dong Chunyang dan yang lainnya merancang probe fluoresen masing-masing κLight, δLight dan μLight untuk tiga subtipe reseptor opioid utama - reseptor κ, reseptor δ, dan reseptor μ.

Dengan cara ini, tidak hanya jenis peptida opioid yang berbeda dapat dibedakan, namun deteksi sinyal dengan resolusi spatiotemporal tinggi dapat dicapai pada tingkat sel tunggal.

(Sumber: Ilmu Saraf Alam)

Melalui pengembangan dan penerapan probe fluoresen baru, penelitian ini bertujuan untuk mengeksplorasi secara mendalam fungsi dan mekanisme pengaturan sistem peptida opioid dari berbagai tingkatan.

Hal ini tidak hanya akan membantu orang memahami peran sistem opioid dalam perilaku emosional dan motivasi, namun juga dapat memberikan wawasan baru dalam memahami dan mengobati penyakit mental terkait.

Dengan mempelajari interaksi reseptor-ligan pada tingkat molekuler, pemberian sinyal pada tingkat seluler dan sirkuit, serta regulasi fungsional pada tingkat perilaku secara keseluruhan, pencapaian ini diharapkan dapat membawa kemajuan revolusioner dalam studi sistem opioid.

Hal ini merupakan langkah penting menuju pemahaman yang lebih baik tentang sistem opioid endogen dan menyediakan alat baru yang berharga untuk mempelajari sistem peptida opioid.

Pemeriksaan untuk opioid endogen dan sintetis merupakan tambahan yang bagus untuk “kotak peralatan” ilmu saraf saat ini dan dapat menghasilkan pengambilan sampel sinyal opioid spatiotemporal yang lebih baik.

Hal ini tidak hanya akan mendorong pengembangan penelitian dasar di bidang ilmu saraf, namun juga membuka prospek baru untuk penerapan klinis seperti manajemen nyeri dan pengobatan kecanduan.

(Sumber: Ilmu Saraf Alam)

Mari kita mulai dengan “status” neuropeptida opioid

Menurut laporan, di bidang ilmu saraf, sistem neuropeptida opioid menempati posisi inti.

Sebagai zat neuromodulator utama, peptida opioid memainkan peran yang sangat diperlukan dalam mengatur berbagai proses fisiologis dan patologis seperti persepsi nyeri, perilaku penghargaan, respons emosional, dan kecanduan.

Namun, penelitian mendalam tentang sistem peptida opioid endogen telah dibatasi secara teknis sejak lama.

Meskipun metode penelitian tradisional seperti eksperimen imunohistokimia dan pengikatan radioligan dapat memberikan informasi distribusi peptida opioid statis, metode tersebut sulit untuk menangkap proses pelepasan dinamis dan pola distribusi spatiotemporal peptida opioid dalam sistem saraf yang hidup.

Terutama ketika mengeksplorasi fungsi peptida opioid dalam sirkuit saraf tertentu dan mengeksplorasi perubahan dinamis pelepasan peptida opioid dalam kondisi perilaku yang kompleks, teknologi yang ada seringkali tidak memadai.

Untuk menerobos hambatan di atas, Dong Chunyang dan kolaboratornya mengembangkan strategi penyelidikan fluoresen reseptor opioid berdasarkan kode genetik.

Sebelumnya, dosen pembimbing doktoral Dong Chunyang telah mengembangkan probe ion kalsium GCaMP3, yang dapat menggunakan fluoresensi untuk menganalisis aktivitas saraf otak pada berbagai spesies, sehingga memberikan kontribusi penting dalam mendeteksi aktivitas saraf dengan resolusi spasial dan temporal yang tinggi.

Hal ini juga meletakkan dasar tertentu untuk optimalisasi probe ion kalsium. Saat ini, rangkaian probe ion kalsium GCaMP telah banyak digunakan di bidang ilmu saraf.

Prestasi instruktur Dong Chunyang di atas meletakkan dasar bagi pengembangan probe neurotransmitter baru.

Di bawah bimbingan mentornya, Dong Chunyang telah berpartisipasi dalam studi probe dopamin pergeseran merah dalam beberapa tahun terakhir dan mengembangkan dua probe serotonin dan berbagai probe neuropeptida lainnya.

Pada saat yang sama, Dong Chunyang juga berkolaborasi dengan tim Profesor Li Yulong dari Universitas Peking untuk menerbitkan makalah ulasan tentang pengembangan dan penerapan probe neurotransmitter. Pengalaman ini memberinya wawasan untuk mengeksplorasi penyelidikan peptida opioid yang lebih kompleks.

Atas dasar ini, Dong Chunyang menyadari bahwa pengembangan probe peptida opioid menghadapi tantangan yang lebih besar dibandingkan probe neurotransmitter yang dikembangkan sebelumnya.

Kompleksitas sistem peptida opioid, yang mencakup beberapa peptida opioid endogen dan beberapa subtipe reseptor, membuatnya sangat sulit untuk mengembangkan penyelidikan yang sangat spesifik.

Dan tidak seperti penelitian lainnya, tidak ada formula siap pakai yang dapat diikuti untuk pengembangan penelitian peptida opioid. Artinya, setiap varian probe perlu dirancang secara individual dan diverifikasi satu per satu, sehingga meningkatkan beban kerja dan kompleksitas secara signifikan.

Misalnya, penting untuk menemukan tempat penyisipan protein fluoresen yang optimal dan urutan koneksi sambil mempertahankan fungsi reseptor. Selama periode ini, banyak pekerjaan biologi molekuler yang terlibat, termasuk merancang, membangun, dan menyaring ratusan varian berbeda.

Selama fase karakterisasi in vitro, setiap varian probe perlu dievaluasi secara cermat untuk mengetahui responsnya terhadap peptida opioid dan subtipe reseptor yang berbeda. Termasuk penentuan rinci rentang dinamis, sensitivitas, selektivitas, dan kinetika reaksi probe.

Melalui sejumlah besar percobaan karakterisasi in vitro, Dong Chunyang dan lainnya menyaring varian dengan rentang dinamis yang lebih besar, sensitivitas yang lebih tinggi, dan spesifisitas yang lebih tinggi.

Selanjutnya, mereka melakukan pekerjaan verifikasi pada spesifisitas penyelidikan, dan menggunakan stimulasi optogenetik dari sirkuit BLA-NAc dalam percobaan antara tikus knockout dinorfin dan tikus tipe liar untuk membuktikan spesifisitas κLight untuk seks dinorfin.

Hal ini tidak hanya memastikan bahwa probe masih dapat mempertahankan spesifisitas dan sensitivitas dalam lingkungan saraf yang kompleks, tetapi juga memastikan keandalan probe ketika pengguna menggunakannya dalam kondisi fisiologis.

(Sumber: Ilmu Saraf Alam)

Pengulangan, kegagalan, optimasi, dan pengulangan yang tak terhitung jumlahnya

Dong Chunyang mengatakan bahwa salah satu tujuan penelitian ini adalah untuk mengkarakterisasi secara komprehensif sifat farmakologis dari probe baru ini secara in vitro dan pada irisan otak yang terisolasi.

Hal ini termasuk menentukan afinitas, selektivitas, dan karakteristik kinetik probe untuk peptida opioid endogen dan sintetik yang berbeda.

Setelah membandingkannya dengan eksperimen pengikatan radioligand tradisional, mereka berharap dapat memverifikasi apakah probe ini secara akurat mencerminkan interaksi peptida opioid dengan reseptor.

Pada saat yang sama, penting juga untuk mengevaluasi apakah ekspresi probe akan mempengaruhi fungsi normal reseptor opioid endogen untuk memastikan nilai penerapannya dalam kondisi fisiologis.

Tujuan kedua dari penelitian ini adalah menggunakan probe ini untuk mengeksplorasi karakteristik difusi peptida opioid di jaringan otak.

Sebelumnya, peptida opioid diyakini bekerja terutama melalui transportasi volumetrik. Namun, bukti langsung mengenai tingkat spesifik dan laju difusi masih kurang.

Untuk mencapai tujuan ini, kelompok peneliti merancang eksperimen fotolisis yang cerdik untuk secara bersamaan memantau perubahan sinyal fluoresensi dengan melepaskan prekursor peptida opioid fotosensitif, sehingga mencapai pengamatan waktu nyata dan analisis kuantitatif dari proses difusi peptida opioid untuk pertama kalinya.

Melalui percobaan ini,Mereka tidak hanya mengungkapkan konstanta difusi peptida opioid, namun juga memberikan dasar penting untuk memahami tingkat spasial sinyal peptida opioid.

Tujuan ketiga dari penelitian ini adalah untuk menentukan parameter stimulasi listrik optimal yang memicu pelepasan peptida opioid endogen, yang sangat penting untuk mempelajari fungsi peptida opioid secara in vivo.

Dengan secara sistematis menyesuaikan intensitas stimulasi, frekuensi stimulasi dan durasi stimulasi di irisan otak, serta memantau respons probe fluoresen, tim berharap dapat menemukan mode stimulasi yang paling efektif, sehingga meletakkan dasar tertentu untuk eksperimen elektrofisiologi dan eksperimen optogenetik.

Dalam percobaan pada hewan hidup, mereka menggabungkan probe fluoresen ini dengan teknik optogenetik untuk mengeksplorasi dinamika pelepasan peptida opioid di sirkuit saraf tertentu.

Misalnya, dengan mengekspresikan probe κLight di nukleus accumbens dan saluran ion peka cahaya di amigdala, aktivasi proyeksi spesifik dapat dikontrol secara tepat dan pelepasan dinorfin endogen yang dihasilkan dapat diamati secara real time.

Manfaat dari pendekatan ini adalah tidak hanya memberikan resolusi temporal dan spasial yang belum pernah terjadi sebelumnya, namun juga mengungkap kekhususan spasial pelepasan peptida opioid.

Selain itu, tim peneliti juga melakukan eksplorasi berikut: mengeksplorasi perubahan dinamis dalam pelepasan peptida opioid dalam kondisi perilaku yang kompleks, seperti saat pengkondisian rasa takut dan pembelajaran penghargaan.

Dengan melakukan fotometri serat optik pada hewan yang bergerak bebas, Dong Chunyang dan lainnya menggunakan probe untuk menangkap perubahan sinyal peptida opioid yang terkait dengan perilaku tertentu.

Ia masih ingat pertama kali ia berhasil mengabadikan momen pelepasan peptida opioid endogen pada tikus hidup. “Kami menghabiskan beberapa tahun untuk mengoptimalkan penyelidikan dan akhirnya mengkonfirmasi varian in vitro yang diharapkan berhasil digunakan secara in vivo,” ujarnya.

Secara khusus, mereka mengemas plasmid κLight menjadi virus terkait adeno. Setelah mengetahui koordinat area otak tikus, mereka mulai menyuntikkan virus ke intrakranial, dan kemudian menunggu penyelidikan diekspresikan di otak tikus.

“Setelah pengulangan, kegagalan, pengoptimalan, dan pengulangan yang tak terhitung jumlahnya, ketika saya melihat probe κLight di layar komputer perekam cahaya seiring dengan kemajuan stimulasi pengondisian rasa takut, puncak sinyal terang mulai muncul satu demi satu, yang benar-benar menyentuh hati saya dikatakan.

Namun, rasionalitas ilmiah dengan cepat menariknya kembali, dan dia harus membuktikan bahwa apa yang dilihatnya adalah sinyal dinorfin yang terdeteksi oleh κLight dan bukan artefak lainnya.

Setelah membuktikan reproduktifitas fenomena di atas melalui beberapa tikus, tim peneliti merancang eksperimen yang berbeda, terutama eksperimen optogenetik menggunakan tikus knockout dinorfin, untuk membuktikan bahwa tanpa adanya dinorfin dan stimulasi yang sama, tim peneliti Tidak ada sinyal yang muncul dari jarum, dengan demikian menunjukkan keakuratan dan spesifisitas penyelidikan.

Akhirnya, ketika setiap eksperimen menunjukkan hasil dengan spesifisitas yang kuat dan rasio signal-to-noise yang tinggi, semua orang akhirnya melepaskan ketegangan mereka.

(Sumber: Ilmu Saraf Alam)

Terakhir, makalah terkait diterbitkan di Nature Neuroscience (IF 21.2) dengan judul “Membuka dinamika neuropeptida opioid dengan biosensor yang dikodekan secara genetik”.

Gambar |. Makalah terkait (Sumber: Nature Neuroscience)

Dong Chunyang dan Raajaram Gowrishankar dari Universitas Washington adalah rekan penulis.

Profesor Michael R. Bruchas dari Universitas Washington, Profesor Matthew R. Banghart dari Universitas California, San Diego, dan Profesor Tian Lin dari Max Planck Florida Neuroscience Institute Menjadi penulis koresponden.

Dengan prestasi tersebut, Dong Chunyang berhasil meraih Toni Shippenberg Young Investigator Award dari National Institutes of Health.

Dalam hal prospek aplikasi:

Pertama, dapat digunakan dalam penelitian ilmu saraf dasar.

Probe fluoresen reseptor opioid yang dibuat kali ini akan memungkinkan orang untuk mengamati dan mengukur perubahan dinamis peptida opioid dalam sistem saraf dengan lebih akurat, sehingga membantu mengungkap peran spesifik sistem opioid dalam berbagai proses saraf, seperti mengungkap peran sistem opioid. pembelajaran, efek memori, efek pengaturan emosi, dll.

Kedua, dapat digunakan untuk penelitian nyeri.

Dalam modulasi nyeri, sistem opioid memainkan peran kunci. Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan dapat digunakan untuk mempelajari pola pelepasan peptida opioid pada kondisi nyeri akut dan nyeri kronis, sehingga membantu mengembangkan strategi manajemen nyeri yang lebih efektif.

Ketiga, dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme kecanduan.

Dengan memantau aktivitas peptida opioid di sirkuit penghargaan secara real time, kita mungkin dapat lebih memahami dasar neurobiologis dari kecanduan narkoba dan memberikan petunjuk untuk pengembangan pengobatan baru.

Keempat, dapat digunakan untuk pengembangan obat dan skrining obat.

Artinya, pemeriksaan ini dapat digunakan untuk skrining throughput tinggi guna membantu mengidentifikasi modulator reseptor opioid baru, sehingga membantu mengembangkan obat analgesik yang lebih aman dan efektif.

Kelima, dapat digunakan dalam penelitian gangguan mood.

Mengingat hubungan erat antara sistem opioid dan regulasi emosi, penelitian ini diharapkan dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme saraf gangguan mood seperti depresi dan kecemasan.

Keenam, dapat digunakan untuk aplikasi neuroimaging.

Ketika probe ini dimodifikasi, diharapkan dapat digunakan dalam teknik pencitraan otak non-invasif untuk mengamati aktivitas sistem opioid di otak manusia.

Ketujuh, dapat digunakan untuk mengembangkan teknologi neuromodulasi.

Dikombinasikan dengan optogenetika atau genetika kimia, penelitian ini diharapkan dapat membantu mengembangkan teknik neuromodulasi yang lebih tepat untuk mengobati penyakit yang berkaitan dengan sistem opioid.

Kedelapan, dapat digunakan dalam penelitian ilmu saraf perilaku.

Artinya, digunakan untuk mempelajari peran sistem opioid dalam fungsi kognitif tingkat lanjut seperti perilaku sosial yang kompleks dan pengambilan keputusan.

Sembilan, dapat digunakan untuk mencegah penyalahgunaan narkoba.

Memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang fungsi sistem opioid dapat membantu mengembangkan strategi pencegahan penyalahgunaan narkoba dan metode pendidikan yang lebih efektif.

Kesepuluh, bisa digunakan untuk pengobatan pribadi.

Dengan mempelajari perbedaan respon sistem opioid pada individu yang berbeda pada model hewan, hal ini dapat memberikan dasar teoritis untuk pengobatan nyeri individual dan manajemen kecanduan.

Secara keseluruhan, penerapan potensial ini diharapkan tidak hanya memajukan penelitian dasar di bidang ilmu saraf namun juga dapat berdampak signifikan pada pengobatan klinis, pengembangan obat, dan kebijakan kesehatan masyarakat.

Tentu saja, diperlukan penelitian dan verifikasi selama bertahun-tahun untuk beralih dari penelitian dasar ke penerapan praktis.

Dan di masa depan:

Pertama, kinerja probe yang ada akan ditingkatkan.

Artinya, meningkatkan spesifisitas, sensitivitas, rentang dinamis, dan sifat kinetik dari probe neuropeptida yang ada.

Hal ini mungkin melibatkan strategi rekayasa protein yang lebih kompleks, seperti evolusi terarah yang dibantu AI, desain rasional yang dipandu oleh biologi struktural, dan lain-lain.

Kedua, probe fluoresen yang menargetkan lebih banyak neuropeptida akan dikembangkan.

Artinya, memperluas pengalaman yang ada ke sistem neuropeptida, neurotransmiter, dan neuromodulator lainnya.

Ketiga, menggabungkan probe yang ada dengan teknik pencitraan lainnya.

Misalnya, menggabungkan probe neuropeptida dengan mikroskop resolusi super atau mikroskop dua foton mini diharapkan memungkinkan orang mengamati dinamika pelepasan neuropeptida pada tingkat subselular atau pada hewan yang bergerak bebas.

Pada saat yang sama, dengan bantuan teknologi pencitraan multiwarna, orang mungkin dapat mengamati dinamika beberapa neuropeptida atau neurotransmiter secara bersamaan, sehingga mengungkap interaksi di antara keduanya.

Terakhir, penerapan penyelidikan ini tidak terbatas pada penelitian dasar, namun juga berpotensi meluas ke bidang pengembangan obat, yaitu mengembangkan platform skrining dengan throughput tinggi untuk membantu menemukan obat neuropsikiatri baru.

Untuk penyelidikan neuropeptida, pihaknya juga akan terus mendorong pengembangan penelitian ilmu saraf menuju resolusi spatiotemporal yang lebih tinggi, keragaman molekuler yang lebih luas, dan paradigma perilaku yang lebih kompleks, memberikan dukungan untuk memahami fungsi otak dan mengembangkan strategi pengobatan baru.

Referensi:

1. Dong, C., Gowrishankar, R., Jin, Y. et al. Membuka dinamika neuropeptida opioid dengan biosensor yang dikodekan secara genetik. Nat Neurosci (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-024-01697-1

Pengoperasian/penataan huruf: He Chenlong

01/

02/

03/

04/

05/