Sensor Protein Baru Memungkinkan Visualisasi Sinyal Masuk Otak Secara Real-Time

Para peneliti dari Allen Institute dan Janelia Research Campus di HHMI telah berhasil menciptakan sebuah protein khusus yang mampu mendeteksi sinyal kimia yang masuk dari neuron. Inovasi ini merupakan lompatan besar dalam upaya memahami aktivitas otak. Indikator molekuler glutamat yang diberi nama iGluSnFR4 ini dirancang untuk menangkap pelepasan glutamat secara presisi, yakni neurotransmiter eksitatori utama dalam sistem saraf pusat. Temuan penting ini baru-baru ini dipublikasikan dalam jurnal Nature Methods, dengan kontribusi signifikan dari tim proyek GENIE.

Karakteristik utama dari sensor baru ini terletak pada sensitivitasnya yang luar biasa. iGluSnFR4 mampu mendeteksi glutamat hingga tingkat vesikel sinaptik tunggal. Artinya, alat ini dapat merekam pelepasan porsi molekul neurotransmiter dalam jumlah sangat kecil. Penulis utama studi ini adalah Dr. Kaspar Podgorski, seorang peneliti senior di Allen Institute, bersama dengan Dr. Jeremy Hasseman dari Janelia Research Campus. Dr. Podgorski menyoroti bahwa sebelumnya, para ilmuwan hanya bisa melacak impuls listrik yang keluar dari neuron. Keterbatasan ini menghambat pemahaman mendalam mengenai proses internal otak.

Alat baru ini secara efektif menghilangkan hambatan tersebut. Kini, para peneliti dapat memantau secara langsung bagaimana neuron menerima informasi. Kemampuan ini sangat krusial untuk menguraikan pola masukan yang membentuk dasar dari ingatan dan fungsi kognitif kita. Ini adalah terobosan yang membuka cakrawala baru dalam ilmu saraf, memungkinkan kita melihat proses komunikasi antar sel secara lebih detail daripada sebelumnya.

Sensor iGluSnFR4 hadir dalam dua varian yang disesuaikan untuk kebutuhan eksperimental yang berbeda. Terdapat iGluSnFR4f, yang memiliki inaktivasi cepat, ideal untuk melacak dinamika sinaptik yang berlangsung sangat cepat. Sementara itu, iGluSnFR4s menawarkan inaktivasi yang lebih lambat, cocok untuk merekam aktivitas dari populasi sinaps yang lebih luas. Proses pengembangannya tidak main-main; lebih dari seribu varian dianalisis secara cermat. Pengujian ekstensif dilakukan menggunakan mikroskop dua-foton di berbagai area otak, termasuk korteks visual pada tikus.

Pencapaian ini membuka pintu lebar bagi penelitian penyakit neurodegeneratif dan gangguan kejiwaan. Pasalnya, disregulasi sinyal glutamat sering dikaitkan dengan patologi seperti penyakit Alzheimer, skizofrenia, autisme, dan epilepsi. Pelacakan sinyal yang lebih akurat ini diperkirakan dapat mempercepat penemuan akar penyebab dan pengembangan intervensi terapeutik. Perusahaan farmasi kini memiliki kesempatan untuk menguji dampak obat-obatan eksperimental terhadap aktivitas sinaptik secara langsung dan seketika.

Sesuai dengan semangat ilmu pengetahuan terbuka, sensor iGluSnFR4 ini tersedia secara bebas bagi komunitas riset melalui repositori nirlaba Addgene. Langkah ini bertujuan untuk mendorong adopsi cepat alat ini dalam metodologi penelitian mutakhir, termasuk teknik seperti elektrofisiologi neuropiksel. Dengan ketersediaan alat yang canggih ini, diharapkan laju penemuan dalam memahami kompleksitas otak manusia akan semakin meningkat pesat.