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도전

간질 및 기타 유전적으로 관련된 신경 질환의 치료는 다트머스 대학의 Michael Hoppa 교수 연구실의 기초 연구를 통해 이익을 얻을 수 있습니다. 이러한 장애는 뇌를 구성하는 복잡한 뉴런 네트워크의 잘못된 신호 전달(시냅스 기능 장애)과 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. 그는 "우리는 유전적 장애가 모든 뉴런의 기본 신호 메커니즘인 활동 전위(AP) 및 관련 화학 물질 방출에 어떻게 영향을 미치는지 연구합니다. 우리는 마이크론 이하의 공간 해상도와 1밀리초 미만의 시간 해상도로 이에 대한 자세한 조사를 수행하고 있습니다."라고 말했습니다. 공간 분해능을 통해 작은(<200 nm 직경) 축삭뿐만 아니라 기타 하위 세포 구성 요소에서도 AP 이벤트를 추적할 수 있습니다. 그들은 그들의 통찰력이 개선된 치료법과 결과로 이어질 수 있기를 바랍니다. 

Michael은 자신의 그룹이 분자 생물학을 활용하여 이러한 장애에 대한 유전자를 조작할 뿐만 아니라 생리학 및 약리학을 광유전학 및 정량 형광 현미경과 결합하여 사용한다고 설명합니다. 중요한 도구는 칼슘 형광과 같은 느린 2차 신호를 따르기보다는 로돕신 유형의 형광 전압 표시기를 사용하여 기본 신호인 AP를 직접 표적으로 삼는 것입니다. 데이터의 품질은 작업에 사용되는 표시기 및 기타 프로브의 여기 및 이미징에 사용되는 레이저의 성능에 크게 좌우됩니다. 연구에서 다양한 프로브를 선택적으로 자극하려면 여러 가지 레이저 파장이 필요합니다. Michael은 "우리는 항상 신호 대 잡음비, 즉 광자를 쫓고 있습니다. 이는 특정 프로브 밝기에 따라 50~150밀리와트가 필요하다는 것을 의미합니다."

해결책

이 작업을 시작하면서 Michael은 150mW 출력의 637nm 레이저가 필요했습니다. 그는 다음을 선택하기 전에 여러 레이저를 조사했습니다.바카라 카지노 OBIS이 선택에 대한 몇 가지 이유를 언급하면서 "대부분의 작업에서 핵심 요구 사항은 고속 아날로그 변조와 매우 안정적인 출력 특성을 갖춘 레이저입니다. OBIS 레이저는 펄스 중에 감지할 수 없는 지연 시간과 완전히 안정적인 출력을 제공하는 유일한 레이저였습니다." 그는 전압 표시기가 단지 수백 마이크로초의 빠른 응답을 갖기 때문에 이것이 필요했다고 설명합니다. 따라서 그의 팀은 이 시간적 해상도를 활용하고 AP가 어떻게 조각되는지에 대한 시간적 세부 사항을 확인하기 위해 빠른 상승 및 하강 시간을 갖춘 빠른 ​​변조가 필요하며 이는 매우 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 그리고 짧은(예: 400μs) 사각 펄스는 절제된 살아있는 뉴런이 노출되는 총 빛의 양을 최소화하는 것도 중요합니다. (그는 연구 초기에 포유동물의 대뇌 뉴런이 어떤 종류의 지속적인 빛 노출에 노출될 때 얼마나 빨리 죽는다는 사실에 놀랐다고 말합니다. 물론 그들은 일반적으로 두개골 내부의 완전한 어둠 속에서 산다.)

뉴런 자극은 종종 작은 백금 전극으로 시작됩니다. 그리고 2017년부터 그룹은 광학 방법과 패치 클램프 기술을 결합하여 데이터에 또 다른 차원을 추가했습니다. 현재 이 그룹은 가시광선 스펙트럼의 대부분을 포괄하는 12개의 OBIS 레이저를 보유하고 있습니다. 여러 OBIS 레이저의 출력이 현미경의 업스트림에서 어떻게 결합되는지는 해당 그룹이 제작한 Game of Photons라는 멋진 비디오에서 볼 수 있습니다. 최대 2000개 이미지/초의 속도로 모든 실험 타이밍을 제어하는 ​​Arduino 칩의 펄스에 의해 트리거되는 터치스크린과 단일 보드를 통해 작동이 간단합니다. Michael은 또한 성능 문제가 전혀 없는 7년이 넘은 레이저 두 대의 뛰어난 신뢰성을 언급합니다. 

결과

Hoppa 그룹은 이러한 기술을 기반으로 여러 가지 전압 개폐 이온 채널의 역할에 대한 새로운 세부 정보를 밝힐 뿐만 아니라 방법과 프로브 자체의 발전을 다루는 수많은 논문을 발표했습니다. Michael은 "뇌의 정보 흐름을 제어하는 ​​축삭과 시냅스의 이온 채널과 결합 파트너의 조직, 기능 및 치료 잠재력을 식별하는 데 좋은 진전을 이뤘다고 믿습니다."라고 말했습니다. 그의 연구 그룹은 계속해서 성장하고 있습니다. 현재 대학원생과 Post-doc을 모두 모집하고 있습니다. 그 원동력은 분명히 Michael의 과학에 대한 전염성 있는 열정입니다. "놀이터에 대한 나의 생각에는 수많은 레이저, 백금 전극, 수많은 뉴런과 신경 교세포, 그리고 풍부한 형광 단백질이 있습니다." 우리는 그가 잠재적으로 치료에 중요한 영향을 미칠 수 있는 분야를 선택한 것을 기쁘게 생각하며 그가 재미있는 놀이터의 일부로 우리의 레이저를 선택한 것을 기쁘게 생각합니다. 

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