La optogenética es una de las revoluciones más recientes en el campo de la neurociencia. De hecho, todo apunta a que es cuestión de tiempo que sus creadores ganen el premio Nobel en un futuro próximo. Su principio de funcionamiento es tan sencillo como elegante: emplear la luz para modular la actividad de células específicas con una precisión extrema. Para conseguir este fin, se modifican genéticamente las células que se desea controlar para que produzcan proteínas fotosensibles de algas. Estas moléculas poseen la característica especial de que cuando reciben luz de una longitud de onda específica ejercen una función particular, lo que influye en el funcionamiento de las células, como las neuronas. Así, las proteínas fotosensibles se convierten en interruptores que permiten activar o desactivar procesos específicos en las células, con diversas consecuencias.

Las potenciales aplicaciones de la optogenética son muy diversas, aunque destaca una entre todas ellas: conocer con mayor detalle el complejo funcionamiento del cerebro al controlar la función de neuronas concretas. Sin embargo, las posibilidades de esta herramienta son mucho más amplias y los científicos están estudiando cómo usarla para controlar la diabetes o la microbiota intestinal, tratar diversas enfermedades neurológicas o incluso recuperar la visión en personas ciegas. En estos momentos, hay ensayos clínicos en marcha que evalúan si es posible tratar la ceguera por retinitis pigmentosa mediante terapia genética activada por la luz. Los resultados de estos estudios, aún preliminares, muestran que es posible la recuperación parcial de la visión en alguno de los voluntarios.

Investigadores de la Universidad de Arizona y de la Universidad Northwestern, ambas en Estados Unidos, han logrado desarrollar un aparato de optogenética más avanzado, libre de las limitaciones e inconvenientes propios de estos dispositivos usados sobre el cerebro. El funcionamiento de este novedoso instrumento se muestra en un artículo publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Hasta ahora, los dispositivos inalámbricos de optogenética que permitían implantarse bajo la dermis tenían el inconveniente de que era necesario que las sondas penetraran en el cráneo para estimular a las neuronas a través de la luz, interfiriendo así con la barrera hematoencefálica. Además, estos sistemas pueden causar daños neuronales, cicatrices y desplazamiento del tejido nervioso. Otro de los problemas de estos aparatos radica en su sistema de aporte de energía que limita las aplicaciones de esta tecnología, bien por frecuentes caídas de energía o por una distancia de autonomía muy reducida con respecto a la antena que transmite la energía.

Los científicos han dado un paso adelante en los instrumentos utilizados en optogenética para crear un dispositivo inalámbrico, implantable bajo la dermis y con un tamaño mucho más reducido que sus predecesores, que permite iluminar a las neuronas (para activar o inhibir su actividad eléctrica) a través del cráneo y a distancia.

En otras palabras, este sistema es capaz de estimular con luz de alta intensidad regiones específicas del cerebro (neuronas localizadas varios milímetros en su superficie), a través del cráneo, pero sin que las sondas penetren este órgano. Esto permite que los ratones en los que se instalan estos sistemas puedan tener una vida más normal, con menor interferencia en sus actividades, y mayor libertad de movimientos (más de 1 m2 de superficie).

Esto permite la realización de experimentos que, hasta ahora, eran imposibles de ejecutar debido a las limitaciones propias de dispositivos anteriores. Entre ellos, aquellos que requieren que los animales tengan libertad para desplazarse  en superficies relativamente grandes, con cuevas y obstáculos. Otra ventaja de este dispositivo es que no requiere del uso de batería para almacenar energía, en su lugar cuenta con un almacenamiento de energía mediante condensadores de tamaño muy reducido.

Los investigadores demostraron que con este sistema se podía activar la corteza motora de los ratones, provocando así su desplazamiento mediante giros. Otra ventaja adicional es que, al no ser necesarias intervenciones quirúrgicas para implantar las sondas en el cerebro, este sistema puede usarse por muchos más grupos de investigación. De esta forma, el sistema de optogenética desarrollado facilitará conocer con más detalle cómo funciona el cerebro de modelos animales.

Aunque la utilidad más inmediata para este nuevo dispositivo es la investigación científica del cerebro en animales de laboratorio, la creación de esta tecnología sustancialmente menos invasiva es también de interés para una posible aplicación terapéutica en humanos afectados por enfermedades como el dolor crónico, la epilepsia o la depresión. Por ahora, esa posibilidad es aún lejana, puesto que siguen existiendo muchos retos que superar para que la modificación genética de neuronas en el cerebro humano y otras regiones con el fin de que respondan a la luz sea una realidad.

Esther Samper
Referencia: «Plataformas inalámbricas, sin batería, implantables subdérmicamente para optogenética transcraneal y de largo alcance en animales que se mueven libremente», Jokubas Ausra y col. en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, vol. 118, n.º30, 27 de julio de 2021.



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