Licht: het Prozac van morgen?

Naar schat­ting lij­den van­daag de dag één mil­jard mensen (oftewel een op zes) aan een herse­naan­doen­ing. Dit kan diverse en uiteen­lopende oorza­k­en hebben: een val of een beroerte, erfe­lijke of omgev­ings­fac­toren. Twintig tot vijfen­twintig pro­cent van de vrouwen en zeven tot twaalf pro­cent van de man­nen ervaarde ooit een depressie. Drie pro­cent van de bevolk­ing kampte met een beroerte en één pro­cent met epilep­sie. Nog eens één pro­cent met schizofre­nie. Al deze ziek­te­beelden hebben ern­stige gevol­gen, gaande van amo­ti­vatie en zelf­mo­ordgedacht­en bij depressie tot veelvuldige spierspas­men en bewustz­i­jnsver­lies bij epilep­tis­che patiën­ten.

Neu­ro­bi­ol­o­gis­che ther­a­pieën kun­nen we van­daag onder twee noe­mers plaat­sen: elek­trische stim­u­latie  (bv. elek­troshock­ther­a­pie) en chemis­che toe­di­enin­gen (psy­cho­far­ma­ca). Bin­nenko­rt zouden we hier miss­chien nog een derde luik aan kun­nen bijvoe­gen: licht.

Neuronen, sloten en sleutels

Neu­ro­nen vor­men de bouw­ste­nen van ons zenuw­s­telsel: in de herse­nen vin­den we er mil­jar­den. Ze zijn alle­maal zow­el infor­matie-ont­vangers als infor­matiezen­ders. Om het sim­pel te houden, moet je je inbeelden dat infor­matieover­dracht tussen neu­ro­nen gebeurt zoals bij twee per­so­n­en, A en B, die van elka­ar geschei­den zijn door een ges­loten deur. Indi­en A de juiste sleu­tel heeft, zal hij de deur kun­nen ope­nen om infor­matie aan B over te dra­gen. Dit geheel vormt het ver­w­erk­ings­cen­trum van ons lichaam. In ‘neu­ro­nen­taal’ gebeurt dit door mid­del van kanalen die ope­nen en sluiten bij bindin­gen met een bepaalde chemisch struc­tu­ur.

“Met opto­ge­net­i­ca expresseren (betekent zoi­ets als ‘actief mak­en’, nvdr.) we licht­gevoelige pro­teï­nen in neu­ro­nen, deze ope­nen spec­i­fiek enkel bij bepaalde licht­gol­ven. Om één neu­ron te tar­get­ten, mak­en we gebruik van een genetis­che mark­er: de pro­mo­tor. Als we deze in een cel implanteren, zal er enkel effect te zien zijn in de cellen die deze spec­i­fieke pro­mo­tor bevat­ten”, legt Anirudh Acharya uit.

“Deze pro­mo­tor zorgt ervoor dat na lokale injec­tie in de herse­nen, dit licht­gevoelig pro­teïne enkel tot expressie komt in een spec­i­fiek type neu­ro­nen en op die manier enkel deze neu­ro­nen gemod­uleerd wor­den door licht”, voegt Latoya Stevens toe. Oftewel: er komt een nieuwe deur met zijn eigen slot tevoorschi­jn. “Wan­neer dit gebeurt, kan het enkel maar wor­den geac­tiveerd door een bepaald type golflengte, bijvoor­beeld een blauwe of rode straal.”

“Als je deze genetisch gemod­i­ficeerde nucle­us belicht, zie je het dier wakker wor­den” – Acharya

De sleu­tel is dus een licht­straal. Hand­ig aan deze tech­niek is dat die zich erg snel ver­plaatst (aan 3.00x10^8 m.s^-1 voor de nerds onder ons), en ook nog pre­cies is. “Opto­ge­net­i­ca geeft ons de mogelijkheid om zow­el ruimtelijk als tijdelijk zeer nauwkeurig te werken”, beschri­jft Stevens. “In mijn geval, onder­zoek ik de locus coeruleus, een gri­jze kern in de hersen­stam (een stuk­je onder­aan de grote herse­nen, red.) dat opge­maakt wordt door nora­dren­erge neu­ro­nen. Deze zor­gen voor opwind­ing, slaap-waak­cy­clussen en nog een paar andere belan­grijke func­ties.”

“Zo kan je kijken naar de slaap-waak­tran­si­ties”, stelt Acharya. “Als je de genetisch gemod­i­ficeerde nucle­us uit het onder­zoek van Latoya activeert en belicht, zie je het dier wakker wor­den. Op deze manier kan je kijken hoe cel­types bin­nen een netwerk func­tioneren.”

Een afstandsbediening voor het brein?

“We kun­nen som­mige hersen­struc­turen inhiberen en activ­eren, waar­door we natu­urlijk in the­o­rie gedrag kun­nen wijzi­gen”, zegt Stevens. Wan­neer je bijvoor­beeld een bepaald deel van een rat­ten­brein belicht, kan je de rat naar links lat­en roteren. Een ander deel belicht­en kan ervoor zor­gen dat de rat eet­stoor­nissen ver­toont. Het is echter niet de bedoel­ing dat kwaadaardi­ge weten­schap­pers dit gebruiken om mensen te manip­uleren. “We willen ver­mi­j­den dat er slechte din­gen gebeuren. We willen bijvoor­beeld epilep­tis­che aan­vallen voorkomen, depressieve symp­tomen ver­min­deren, dit soort zak­en. Ik zou niet stellen dat we het brein proberen te con­trol­eren of menselijk gedrag of gedacht­en willen beheersen. Ons onder­zoek is fun­da­menteel en gericht naar posi­tieve klin­is­che toepassin­gen.”

“We kun­nen som­mige struc­turen onder­drukken en activ­eren, waar­door het natu­urlijk gedrag wijzigt” – Stevens

Het gedrag van een epilep­tisch zoogdi­er kan let­ter­lijk in een vingerknip veran­deren. Een bru­usk gelu­id kan voor deze groep spon­taan een angstre­ac­tie uit­lokken, ter­wi­jl de niet-epilep­tis­che con­trole­groep deze symp­tomen niet ver­toont. Via opto­ge­net­i­ca, kan het her­haaldelijk belicht­en van bepaalde ker­nen de over­dreven reac­tie dem­pen tot zelfs met­ter­ti­jd onder­drukken. Anderen denken eraan om deze bevin­d­ing in een soort pace­mak­er te ver­vor­men: een sig­naalde­tec­tor dat abnor­male activiteit meet en hier direct op ingri­jpt.

In het geval van epilep­sie wordt er momenteel eerst naar medici­j­nen zoals anti-epilep­ti­ca gegrepen. Als laatst red­mid­del zal men een neu­rochirur­gis­che ingreep over­we­gen. “Dat is uit­er­aard niet alti­jd mogelijk. Indi­en de abnor­male elek­trische activiteit zich in het taal­cen­trum bevin­dt, kan je deze bijvoor­beeld moeil­ijk ver­wi­jderen”, aldus Stevens. “Anders zal de patiënt niet meer kun­nen spreken, of taal kun­nen ver­staan.” Ook niet alle patiën­ten rea­geren even goed op behan­del­ing. Ongeveer 30 pro­cent van hen zal refrac­tair, d.w.z. ongevoelig voor deze behan­del­ing, zijn. Waarom het bij som­mi­gen faalt, is nog niet duidelijk. Het brein is immers een com­plex en onbek­end sys­teem, waar opto­ge­net­i­ca heldere antwo­or­den op zou kun­nen geven. Ook omtrent depressie blijkt opto­ge­net­i­ca, en miss­chien nog meer het ver­wante chemo­ge­net­i­ca, gun­stige per­spec­tieven te bieden.

Is opto­ge­net­i­ca dan dé oploss­ing voor de toekomst? “Niet hele­maal”, nuanceert Acharya. “Zo is er bij Alzheimer sprake van een opstapel­ing van nefaste en abnor­male pro­teï­nen, wat zorgt voor cel­dood. Opto­ge­net­i­ca zal dan niet bat­en. Wan­neer het om prob­le­men gere­la­teerd aan interne netwerken gaat, kan opto­ge­net­i­ca zek­er een duwt­je in de rug geven. Maar het is geen geneesmid­del: het is een ther­a­pie. Een epilep­ti­cus zal nog steeds epilep­tisch bli­jven.”