A optogenética é o controle da ação celular por meio de uma combinação de técnicas genéticas e ópticas. Esse método começou com a descoberta de produtos bioquímicos que produzem respostas celulares quando expostos à luz. Ao isolar os genes que codificam essas proteínas, os cientistas os usam para estimular respostas à luz em outras células vivas. O conhecimento adquirido com a optogenética fornece aos pesquisadores uma visão melhor sobre vários processos de doenças.
Na década de 1970, os cientistas descobriram que certos organismos produzem proteínas que controlam as cargas elétricas que normalmente passam pelas membranas celulares. Essas proteínas causaram interação entre as células quando expostas a certos comprimentos de onda de luz. Essas proteínas, comumente chamadas de proteínas G, são codificadas por um grupo de genes conhecidos como opsinas. Durante esse tempo, os pesquisadores descobriram que as bacteriorodopsinas respondem à luz verde. Outras pesquisas descobriram outros membros da família da opsina, incluindo a canalrodopsina e a halorodopsina.
Durante a década de 2000 a 2010, os neurocientistas descobriram que é possível extrair genes da opsina e inseri-los em outras células vivas, que então adquirem a mesma fotossensibilidade. Um dos métodos usados inicialmente envolvia a remoção de genes de opsina, combinando-os com um vírus benigno e inserindo-os em neurônios vivos em uma placa de Petri. Quando as células injetadas foram expostas a pulsos de luz verde, os neurônios responderam abrindo canais iônicos. Com os canais abertos, as células receberam um influxo de íons que fez com que uma corrente elétrica fluísse, iniciando a comunicação com outro neurônio. Os cientistas descobriram que outras proteínas G respondem a diferentes cores de luz, inibindo ou aumentando os canais de íons de cálcio e a liberação de epinefrina.
A pesquisa acabou progredindo da aplicação da optogenética a um pequeno grupo de células vivas para o uso de mamíferos vivos. Ao introduzir os genes da opsina no cérebro dos camundongos, as células começaram a produzir as proteínas G. Com essas proteínas G e fibras ópticas, os cientistas foram capazes de controlar a taxa de disparo dos neurônios. Eles também desenvolveram um método para converter uma pequena fibra óptica em um eletrodo para fornecer uma leitura elétrica da atividade celular. Essa interface cérebro-computador permite que os pesquisadores avaliem e regulem grupos específicos de células em qualquer parte do cérebro.
Ao combinar a ressonância magnética (MRI) e a optogenética, os pesquisadores são capazes de mapear as atividades neurais e as vias dentro do cérebro. Ao explorar os meandros da função neurológica, os médicos obtêm uma melhor compreensão do que constitui a atividade cerebral normal e anormal. Ao contrário de medicamentos e eletroterapia, a optogenética permite a regulação de células e vias específicas. O conhecimento e a tecnologia obtidos com a optogenética também permitem o controle da função das células cardíacas, dos linfócitos e das células pancreáticas secretoras de insulina.