Lighting Up the Brain Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Ana Leal Joana Saraiva Joana Sousa Artigo de Miesenböck, Gero.

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1 Lighting Up the Brain Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Ana Leal Joana Saraiva Joana Sousa Artigo de Miesenböck, Gero

2 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações 1937 – Sir Charles Scott Sherrington, universidade de Oxford “Swiftly the head-mass becomes na enchanted loom where milliond of flashing shuttles weave a dissolving pattern, always a meaningful pattern though never na abiding one; a shifting harmony of subpatterns.”

3 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Compreender o funcionamento dos neurónios Como geram pensamentos? Como geram comportamentos? Como comunicam?

4 Optogenética Controlar Compreender Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Engenharia genética Óptica + Visualizar

5 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Sistema Nervoso Impulsos nervosos Libertação de neurotransmissores Activam / Inibem células alvo Optogenética: Tornar visíveis os sinais eléctricos Entrada de cálcio nas células

6 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Tintas sintéticas Objectivo: Permitir observar a actividade dos neurónios Como? Reagem a diferenças de potencial eléctrico ou a mudanças na concentração de cálcio, colorindo os neurónios Problema: Coloram todos neurónios indiscriminadamente Sensores de actividade neural

7 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Neurónios produtores de dopamina (dopaminérgicos) contêm Genes codificadores de enzimas envolvidas na produção de dopamina afastados Neurónios não dopaminérgicos Molécula do neurotransmissor dopamina

8 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Gene que codifica a dopamina Corante codificado por um gene Gene que codifica o corante Proteína Manipulação genética Produção de corante apenas nos neurónios dopaminérgicos (destacam-se dos restantes neurónios)

9 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Medusa Aequorea victoria Estrutura  -can da GFP Corante natural Medusa Observação de células vivas Modificação genética Voltagem/Cálcio Neurotransmissores

10 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Controlo remoto Estimulação celular Mudança comportamental Cérebros visíveis num só campo de visão Fácil manipulação genética Hemisfério cerebral e antena do olho da Drosophila melanogaster, no terceiro estádio de larva Fruit Flies

11 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Estímulos indirectos Eléctrodos não detectam com tanta precisão Estudo de um número restrito de células Difíceis de aplicar a alguns conjuntos de células Estímulos luminosos

12 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Actuadores Fotoreceptores geram sinais eléctricos em resposta a luz Rodopsinas (antenas que absorvem a luz) Manipulação genética Primeiros actuadores geneticamente modificados Neurónio da retina

13 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Melanopsina Poderá o actuador geneticamente modificado funcionar num animal vivo? Movimento reflexoImpulso eléctrico

14 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Luz impulsionada Libertação de neurotransmissores Comportamento Actuadores Gerador modelo Comando (químicos sensíveis à luz)

15 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Laser Moscas normaisMoscas modificadas Voam Células do comando e gerador modelo funcionam

16 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Reacção visual ? Cortou-se a cabeça às moscas Mesmo assim voaram Laser controlou o gerador modelo

17 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Possíveis aplicações Clínicas Próteses sensíveis Terapia para desordens de movimentos Doença de Parkinson Regulação de humor e comportamento Recuperação de neurónios da retina

18 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Muito se mantém por descobrir, mas o futuro da Optogenética é bastante promissor

19 Optogenética Sensores de actividade neural Controlo remoto Aplicações Bibliografia Remote Control of Behavior through Genetically Targeted Photostimulation of Neurons. Susana Q. Lima and Gero Miesenböck in Cell, Vol. 121, No. 1, pages 141-152; 2005. Lighting Up the Brain, Miesenböck, Gero; Scientific American; Oct2008, Vol. 299 Issue 4, p52-59, 8p, 10 color “Remote Control of Fruit Fly Behavior” in http://www.cell.com/