Terapi optogenetik menggunakan pengubahan gen untuk menambahkan molekul penginderaan cahaya ke dalam sel. Sel-sel tersebut lalu dapat dihidupkan dan dimatikan dengan cahaya. Teknik seperti ini telah digunakan dalam penelitian selama bertahun-tahun untuk mempelajari cara kerja sel saraf. 

Optogenetika saat ini juga telah dieksplorasi sebagai terapi potensial untuk kehilangan penglihatan. Misalnya pada kasus kehilangan penglihatan yang disebabkan oleh rusaknya sel-sel penginderaan cahaya atau  fotoreseptor,  yang biasanya diakibatkan oleh penyakit mata, termasuk retinitis pigmentosa (RP) dan degenerasi makula yang berhubungan dengan usia (AMD).

Pengertian  Optogenetik

Retina merupakan jaringan khusus di bagian belakang mata tempat cahaya masuk diproses.  Sel unik dan peka cahaya yang disebut fotoreseptor menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Kemudian melalui berbagai lapisan sel sinyal tersebut  diteruskan dari fotoreseptor menuju saraf optik.

Kehilangan penglihatan terjadi saat fotoreseptor rusak atau hilang pada beberapa jenis degenerasi retina. Anda tidak akan dapat merasakan cahaya yang masuk ke mata dan otak serta tidak akan dapat menerima sinyal yang diperlukan untuk membuat gambar apabila tidak memiliki foto reseptor.

Protein khusus yang disebut dengan optin dibuat oleh fotoreseptor sehingga kita dapat merasakan cahaya. Opsin berubah bentuk ketika terkena cahaya, dan ini memicu sinyal listrik biasanya.

Opin hanya ditemukan di sel fotoreseptor bukan di sel retina lainnya. Dalam terapi optogenetik, sel retina yang tadinya tidak dapat merasakan cahaya kemudian diberi instruksi untuk membuat protein optin dan dimasukkan ke dalam sel tersebut. Saat cahaya masuk ke mata, sel tersebut dinyalakan seperti fotoreseptor yang kemudian mulai sinyal listrik yang diteruskan ke otak.

Cara kerja terapi optogenetik

Terapi gen biasa dipakai untuk mengirimkan gen opsin ke dalam sel retina di mata. Setelah melakukan pengobatan terapi gen, dibutuhkan waktu beberapa bulan agar sel dapat menghasilkan cukup opsin. Mungkin dibutuhkan beberapa waktu agar penglihatan dapat  membaik. Dibutuhkan rehabilitasi visual untuk melatih otak memahami dan menafsirkan sinyal baru.

Ada beberapa jenis opsin yang masing-masing merasakan panjang gelombang cahaya yang berbeda-beda. Sebagai contoh, apabila terapi optogenetik memakai opsin yang diaktifkan oleh lampu merah, maka pasien harus memakai kacamata khusus yang menyaring warna lain agar lampu merah dapat mengaktifkan opsin tersebut. Option yang dipakai dalam terapi optogenetik kemudian diaktifkan oleh cahaya tampak mungkin saja tidak memerlukan kacamata khusus tersebut.

Untuk siapa terapi optogenetik

Sekarang ini, terapi optogenetik masih sedang diuji untuk orang yang memiliki kondisi retinitis pigmentosa yang telah kehilangan sebagian besar fotoreseptornya dan mengalami degenerasi retina lanjut. Tapi ini tidak disarankan untuk orang yang masih memiliki  sel fotoreseptor sehat dan sisa penglihatan yang  cukup banyak.

Kemungkinan di masa depan terapi optogenetik ini dapat dimanfaatkan bagi orang dengan berbagai jenis degenerasi retina termasuk jenis penyakit retina bawaan lainnya. Contohnya seperti koroideremia, penyakit Stargardt, dan distrofi rod-cone.  Hal tersebut juga dapat diterapkan pada orang yang menderita degenerasi makula yang berhubungan dengan usia.

Perbedaan terapi optogenetik dengan terapi penggantian gen

Optogenetik memakai terapi gen untuk menambahkan opsin ke dalam sel retina. Tetapi hal ini sangat berbeda dari banyak terapi penggantian gen yang mungkin pernah Anda dengar. Dalam beberapa terapi gen, salinan gen yang baru dan fungsional dikirim ke sel fotoreseptor untuk menggantikan gen yang bermutasi tersebut dapat menyebabkan kematian fotoreseptor. Luxturna merupakan salah satu contoh pengobatan penggantian gen. Pengobatan tersebut khusus untuk seseorang dengan mutasi pada gen RPE65.

Terapi optogenetik tidak spesifik hanya pada satu gen dan berpotensi memperbaiki penglihatan yang disebabkan oleh banyak mutasi gen berbeda.  Di samping itu, meskipun sebagian besar terapi penggantian gen bekerja paling baik apabila memiliki banyak fotoreseptor yang tersisa, terapi optogenetik berpotensi mengembalikan penglihatan pada seseorang yang mengalami degenerasi retina lanjut dan mempunyai sedikit atau tanpa fotoreseptor.

Uji klinis terapi optogenetik

Pada hasil awal dari uji klinis optogenetik telah menunjukkan bahwa ditemukan beberapa perbaikan dalam penglihatan. Pengujian yang dilakukan pada tahun 2021 pada seorang pria berusia 58 tahun yang terkena kondisi retinitis pigmentosa stadium lanjut melaporkan keberhasilan pada tes pertama. Kemudian setelah 7 bulan perawat dan dilaporkan bahwa sebagian besar penglihatan pria tersebut mengalami pemulihan. Pria tersebut dapat melihat objek seperti buku catatan atau kotak stapler ketika menggunakan kacamata pelindung cahaya. Kemudian sejak saat itu, orang lain juga telah menerima pengobatan orthogenetik sebagai bagian dari uji klinis tersebut. Namun, oktogenetik belum cukup  meningkatkan penglihatan untuk dapat membaca atau mengenali wajah.

Mengapa optogenetika mengubah ilmu saraf

Optogenetika memberi para ilmuwan saraf tingkat kendali neuron yang belum pernah terjadi sebelumnya, antara lain untuk:

• Menerangi hanya wilayah tertentu di bagian otak yang memungkinkan manipulasi ditargetkan pada ruang tertentu (dengan laser, wilayah ini bisa sangat kecil).
• Menggunakan cadangan cahaya yang memungkinkan modulasi ditargetkan pada waktu tertentu, memberikan resolusi temporal yang tinggi.
• Membatasi modifikasi genetik pada tipe sel tertentu memungkinkan untuk mempelajari fungsi yang terkait hanya dengan sel tersebut. 

Dalam 13 tahun sejak Karl Deisseroth dan timnya mengemukakan bagaimana cara melakukan optogenetika, teknik tersebut telah digunakan untuk mempelajari banyak area fungsi otak, contohnya yaitu sebagai berikut:

• Molekul optogenetik generasi berikutnya yang mengendalikan neuron tunggal
• Prospek yang lebih cerah untuk nyeri kronis
• -Otak tengah 'memulai neuron' mengontrol apakah kita berjalan atau berlari

Area lain dimana optogenetika mungkin mempunyai kegunaan potensial adalah di klinik.  Sekarang ini, stimulasi otak dalam merupakan pengobatan yang berhasil untuk penyakit Parkinson.  Hal tersebut merupakan penanaman elektroda ke dalam otak yang dapat dihidupkan dan dimatikan untuk membantu meringankan gejala. Pengobatan alternatifnya yaitu dengan cara menanamkan LED ke otak, bukan elektroda, dan menggunakannya untuk menstimulasi neuron yang terkena penyakit saja. 

Optogenetika memungkinkan modulasi optik sel-sel terpilih dalam berbagai jaringan kompleks, melalui pengenalan protein yang mengandung domain peka cahaya yang digabungkan dengan fungsi biologis.

Optogenetika memungkinkan untuk mengubah berbagai jenis sel retina menjadi “fotoreseptor buatan” di dalam retina. Untuk mewujudkan hal tersebut, alat optogenetik harus diekspresikan secara genetis dalam berbagai subpopulasi sel retina menggunakan vektor virus.

Perbaikan fungsi visual dan perilaku yang dipandu secara visual yang dimediasi optogenetik ditunjukkan pada hewan sebagai model yang memiliki penyakit degeneratif retina.

Walaupun potensi terapi optogenetika masih harus disempurnakan, namun langkah pertama menuju penerapan klinisnya telah dilakukan. Pengembangan opsin yang sedang berlangsung dengan peningkatan fotosensitifitas, vektor dan promotor juga mampu menargetkan sel retina tertentu dan perangkat pengiriman cahaya yang sesuai kemungkinan besar akan menghasilkan terjemahan pendekatan terapi optogenetik ke klinik di masa depan.

______________________________

Referensi :

Deisseroth K, Feng G, Majewska AK, Miesenbock G, Ting A, Schnitzer MJ. Teknologi optik generasi mendatang untuk menerangi sirkuit otak yang ditargetkan secara genetik. J Ilmu Saraf. 2006; 26 :10380–6. [ Artikel gratis PMC ] [ PubMed ] [ Google Cendekia ]

Herlitze S, Landmesser LT. Alat optik baru untuk mengendalikan aktivitas saraf. Opini Saat Ini Neurobiol. 2007; 17 :87–94. [ PubMed ] [ Google Cendekia ]

Hausser M. Optogenetika: zaman cahaya. Metode Nat. 2014; 11 :1012–4. [ PubMed ] [ Google Cendekia ]

https://www.nature.com/articles/s41591-021-01351-4

https://www.prnewswire.com/news-releases/nanoscope-therapeutics-announces-first-patient-dosed-in-phase-2b-clinical-trial-of-optogenetic-gene-monotherapy-to-restore-vision-in-patients-with-retinitis-pigmentosa-301336100.html

https://www.scientifica.uk.com/learning-zone/optogenetics-shedding-light-on-the-brains-secrets