Especialmente adaptado, pulsos ultrarrápidos de luz podem disparar neurônios e um dia ajudar pacientes com problemas circadianos ou de humor sensíveis à luz, de acordo com um novo estudo em ratos da Universidade de Illinois.

Os químicos têm usado esses feixes de luz cuidadosamente elaborados, chamado de controle coerente, para regular as reações químicas, mas este estudo é a primeira demonstração de como usá-los para controlar a função em uma célula viva. O estudo usou neurônios optogenéticos de camundongos - isto é, células que tiveram um gene adicionado para fazê-las responder à luz. Contudo, os pesquisadores dizem que a mesma técnica pode ser usada em células que respondem naturalmente à luz, como aqueles na retina.

"O ditado, 'O olho é a janela da alma' tem algum mérito, porque nossos corpos respondem à luz. Fotorreceptores em nossas retinas se conectam a diferentes partes do cérebro que controlam o humor, ritmos metabólicos e ritmos circadianos, "disse o Dr. Stephen Boppart, o líder do estudo publicado na revista Física da Natureza . Boppart é um professor de Engenharia Elétrica e da Computação e de bioengenharia de Illinois, e também é médico.

Os pesquisadores usaram a luz para excitar um canal sensível à luz na membrana dos neurônios. Quando os canais estavam animados, eles permitiram a passagem de íons, que fez com que os neurônios disparassem.

Embora a maioria dos sistemas biológicos da natureza esteja acostumada à luz contínua do sol, A equipe de Boppart usou uma onda de pulsos de luz muito curtos - menos de 100 femtossegundos. Isso fornece muita energia em um curto período de tempo, excitando as moléculas para diferentes estados de energia. Junto com o controle do comprimento dos pulsos de luz, A equipe de Boppart controla a ordem dos comprimentos de onda em cada pulso de luz.

"Quando você tem um pulso de luz ultracurto ou ultrarrápido, há muitas cores nesse pulso. Podemos controlar quais cores vêm primeiro e quão brilhante cada cor será, "Boppart disse." Por exemplo, comprimentos de onda azuis têm energia muito mais alta do que comprimentos de onda vermelhos. Se escolhermos a cor que vem primeiro, podemos controlar qual energia a molécula vê em que momento, para elevar a emoção mais alto ou de volta à linha de base. Se criarmos um pulso onde o vermelho vem antes do azul, é muito diferente do que se o azul vier antes do vermelho. "

Os pesquisadores demonstraram o uso de padrões de pulsos de luz personalizados para fazer os neurônios dispararem em padrões diferentes.

Boppart diz que o controle coerente pode dar aos estudos optogenéticos mais flexibilidade, já que alterar as propriedades da luz usada pode dar aos pesquisadores mais possibilidades do que ter que manipular camundongos com novos genes toda vez que desejam um comportamento neuronal diferente.

Fora da optogenética, os pesquisadores estão trabalhando para testar sua técnica de controle coerente com células e processos que respondem naturalmente à luz - células da retina e fotossíntese, por exemplo.

"O que estamos fazendo pela primeira vez é usar luz e controle coerente para regular a função biológica. Isso é fundamentalmente mais universal do que a optogenética - esse é apenas o primeiro exemplo que usamos, "Boppart disse." Em última análise, este poderia ser um gene-free, forma sem drogas de regular a função das células e dos tecidos. Achamos que poderia haver 'opto-cêuticos, 'métodos de tratamento de pacientes com luz. "