Publicado por Optic Medicine
¿Te imaginas controlar el cerebro con luz? La Optogenética nos está permitiendo el control discreto de circuitos neuronales específicos. En otras palabras, podemos encender y apagar funciones en el cerebro con la sola exposición a rayos de luz.
Trae un enfoque nuevo sobre la intervención de estimulación o inhibición directa del cerebro. Su especificidad y lo novedoso de su enfoque hacen de esta una tecnología con muchas promesas para el futuro. La idea de encender y apagar redes neurales con solo un haz de luz, despierta la imaginación y la esperanza de tratamientos para padecimientos sobre los que, hoy por hoy, tenemos poca influencia.
¿Qué es la optogenética?
La Optogenética (OG) es una técnica que utiliza la bioingeniería para insertar información genética de proteínas sensibles a la luz en las células cerebrales, generando así, cambios genéticos en las neuronas que las hacen fotosensibles.
Es decir, las proteínas se insertan en los grupos de neuronas que conforman los circuitos objetivo, con el fin de activar o inhibir la activación de estos a través de impulsos lumínicos.
Ahora, para conseguir las proteínas de las que se obtendrá la información genética que hará fotosensibles a las neuronas se utiliza, por ejemplo, la chlamydomonas, un alga común.
Estas moléculas son implantadas en grupos de neuronas, dándoles la capacidad de procesar los estímulos lumínicos y convertirlos en potenciales eléctricos. Así pues, son manipuladas genéricamente y se activan ante estímulos luminosos.
Y, para implantar a las neuronas se suele utilizar la proteína canalrodopsina. Al proceso de asimilación de esta proteína y modificación genética de las células manipuladas se le conoce como transfección.
Controlar el cerebro con luz: Ventajas de la Optogenética
La técnica provee una serie de ventajas en comparación con otros métodos de intervención y tratamiento. De hecho, con la OG se puede conseguir que solo las neuronas objetivo del tratamiento sean activadas por los impulsos luminosos.
Esta característica dota a la herramienta de una especificidad de la que no es capaz ninguna otra técnica actualmente.
Un aspecto que difiere de los fármacos cuyo radio de acción es mucho más amplio, dado que actúan sobre moléculas que pueden encontrarse en todo el tejido encefálico, mientras que la OG solo afecta a las neuronas transfectadas.
De esta forma, un fármaco es mucho más generalizado, influyendo tanto en las neuronas objetivo del tratamiento, como en las que no lo son.
Lo cierto es que la especificidad de la OG supera incluso a la Estimulación Cerebral Profunda (Deep Brain Stimulation, DBS, en inglés).
Por lo tanto, con los impulsos eléctricos generados por los implantes cerebrales (IC) necesarios para la DBS no solo se activan las células nerviosas objetivo, sino también neuronas cercanas. Las neuronas cercanas a las zona estimuladas con DBS no están necesariamente involucradas en los patrones de activación que se pretenden corregir o evitar.
Aplicaciones de la Optogenética
Esta tecnología puede ser utilizada para el tratamiento de padecimientos tanto neurológicos como psicológicos o psiquiátricos.
De hecho, en relación a las aplicaciones conductuales, Stefanik y su equipo consiguieron inhibir la conducta de adicción a la cocaína en ratas de laboratorio (Stefanik et al., 2012).
Como resultado, la técnica no solo se sirve de la transfección genética. Nuestro cuerpo cuenta con sus propias células fotosensibles, las células de la retina.
Esto es, los conos y bastones, conectados directamente al nervio óptico, son los encargados de recolectar la información lumínica y convertirla en información eléctrica.
En este sentido, Nirenberg y Pandarinath (2012) consiguieron, activando las células foto-receptoras oculares, que ratas ciegas recuperasen la visión. Veamos más sobre cómo controlar el cerebro con luz permite el tratamiento de ciertas patologías.
Optogenética y enfermedades neurodegenerativas
Vann y Xiong (2016), en su revisión sobre el estado y los avances en esta tecnología, reseñan los resultados de diversas investigaciones relacionadas con el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas. En este apartado, intentaremos resumir algunos de ellos.
Párkinson
En el 2009, Gradinaru y su equipo utilizaron OG para buscar posibles tratamientos para la enfermedad de Parkinson. Utilizando los impulsos luminosos para estimular o inhibir la activación de circuitos neurales discretos de forma sistemática.
Es decir, buscaban identificar un circuito que permitiese un tratamiento más directo y específico para este padecimiento.
Como resultado, consiguieron reducir a casi cero los síntomas motrices en ratas que padecían de la enfermedad de Parkinson, a través de la estimulación de una red específica relacionada con esta enfermedad. La especificidad con la que cuenta la técnica permite resultados más certeros que los obtenidos con DBS.
Alzhéimer
El equipo de Yamamoto, en 2015, aplicó estimulación selectiva sobre circuitos específicos relacionados con la enfermedad de Alzheimer a ratones inoculados con esta enfermedad.
Una de las características de dicha enfermedad es la acumulación de la proteína β-amiloide, lo que provoca el mal funcionamiento de determinadas redes neurales.
En cinco meses de estimulación continua en zonas del hipocampo, se observó un aumento dramático de los niveles de concentración de la proteína en el cerebro de los ratones.
Este resultado sugiere que la hiperactividad de tales redes está directamente relacionada con el aumento en la producción de la proteína β-amiloide, por lo que la inhibición de estos circuitos podría producir un descenso en la concentración de la proteína y un posible repliegue de los síntomas.
Recientemente, Soper y sus colegas en 2016, observaron que estimulando ciertas zonas del tronco encefálico se conseguía corregir actividad anómala relacionada con la epilepsia. Para esto utilizaron OG, nuevamente, en ratones que padecían de la enfermedad.
Conclusión
Ahora sabemos lo que es la Optogenética y cómo está abriendo camino para nuevas posibilidades en el tratamiento de todo tipo de padecimientos neurológicos. Incluso para la ceguera.
Sin embargo, esta técnica tiene serias limitaciones que la hacen permanecer en el laboratorio. Entre otras, se encuentra el hecho de que requiere de terapia genética, que altera el código genético de las neuronas manipuladas.
Por lo tanto, genera un dilema ético que requerirá de mucha investigación antes de ser resuelto, dado que, para eso, debemos saber con exactitud cuáles son los posibles efectos adversos.
Por otro lado, las proteínas, con las cuales se lleva a cabo esta transfección, se obtienen de microorganismos como bacterias o pequeñas algas. Todavía no sabemos cómo va a reaccionar el sistema inmunológico humano ante estos agentes externos insertados directamente en el cerebro.
¿Controlar el cerebro con luz? La terapia genética en humanos presenta, hoy en día, muchos dilemas éticos. Por tal motivo, esta tecnología no ha sido puesta a prueba en cerebros humanos, como explica uno de sus creadores, el profesor Ed Boyden del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
Sin embargo, para el tratamiento de ciertos tipos de ceguera que no requiere de transfección, la OG ya está en fase de ensayos clínicos con humanos.
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