La Optogenética: Una Herramienta Iluminadora con un Futuro Brillante

Artículo original: Optogenetics: An Illuminating Tool with a Bright Future , Jeff Olney

Traducido por Valia Gregory

Casi todo lo que hacemos requiere del cerebro de alguna manera. ¿Comer una rosquilla? Esa actividad usa el cerebro. ¿Leer este artículo? Esa actividad usa el cerebro también. ¿Todas esas decisiones cuestionables que tomamos cuando éramos universitarios? Puede que sintiéramos que no estábamos usando el cerebro, pero lo estábamos utilizando. Sabemos desde hace bastante tiempo que el cerebro controla todo lo que hacemos, pero cómo el cerebro regula nuestro comportamiento se conoce mucho menos. De hecho, toda una disciplina científica, la neurociencia, está dedicada a desbloquear estos misterios del cerebro. Los descubrimientos realizados en los laboratorios de neurociencia pueden entonces transferirse a un entorno clínico donde ese conocimiento puede ser utilizado para desarrollar nuevas terapias. Innumerables conceptos como los antidepresivos, la estimulación cerebral profunda y los implantes cocleares se han convertido en opciones de tratamiento viables gracias a una mejor comprensión de la función cerebral a través de la investigación neurocientífica.

Tal vez la mejor manera de entender cómo el cerebro controla el comportamiento es manipulando directamente la actividad de una parte específica del cerebro y observando cómo esos cambios afectan el comportamiento. Los neurocientíficos ya tienen una serie de herramientas a su disposición para hacer exactamente eso, pero constantemente están desarrollando técnicas más nuevas y sofisticadas. Las herramientas más refinadas proporcionan un control más preciso del cerebro que, en última instancia, produce mayor entendimiento. Entre las últimas y mejores tecnologías en el armamento del neurocientífico se encuentra una técnica llamada optogenética, que utiliza la luz para controlar la actividad neuronal, permitiendo a los investigadores controlar el cerebro tan fácilmente como encender un interruptor.

Para comprender mejor la optogenética, puede ser útil familiarizarnos con la forma en que la información viaja a través del cerebro. A nivel de la neurona individual, la información viaja como una corriente eléctrica de un extremo de la neurona al otro. Estas «ondas cerebrales» son lo que miden los electroencefalogramas, y tratamientos como la terapia electroconvulsiva o la estimulación cerebral profunda funcionan generando o interrumpiendo estas señales eléctricas. Sin embargo, las corrientes eléctricas que corren a través de nuestro cerebro no son como la electricidad que se encuentra en una toma de corriente, que depende del movimiento de electrones. Las corrientes eléctricas del cerebro se deben al intrincado flujo de iones a través de una neurona, y la optogenética aprovecha este flujo de iones para alterar la actividad dentro del cerebro.

En pocas palabras: la optogenética permite a los investigadores controlar la actividad cerebral con luz. Dado que el cerebro controla el comportamiento, los científicos pueden utilizar la manipulación optogenética de la actividad neuronal para modificar el comportamiento.”

La optogenética involucra proteínas reactivas a la luz. Cuando la luz incide sobre estas proteínas, abren un canal que permite que los iones fluyan a través de la célula, lo que en última instancia genera una nueva señal eléctrica o interrumpe las señales que están pasando. Los investigadores son capaces de insertar estas proteínas optogenéticas en las células de una parte específica del cerebro, para luego insertar quirúrgicamente un implante de fibra óptica directamente en el cerebro que dirija la luz a las neuronas que expresan estas proteínas optogenéticas. En pocas palabras: la optogenética permite a los investigadores controlar la actividad cerebral con luz. Dado que el cerebro controla el comportamiento, los científicos pueden utilizar la manipulación optogenética de la actividad neuronal para modificar el comportamiento. Esto no es ciencia ficción. Durante más de una década, hemos sido capaces de usar láseres para controlar el cerebro e influir en el comportamiento. Antes de que salgamos a protestar airadamente, deberíamos entender que la investigación usando la optogenética se está llevando a cabo en animales de laboratorio y todavía está muy lejos de ser ampliamente utilizada en humanos. Nadie controlará nuestros cerebros con láseres pronto.

De acuerdo, controlar el cerebro con láseres suena genial, pero ¿qué nos puede enseñar sobre el cerebro? Los científicos han utilizado la optogenética para identificar circuitos cerebrales que controlan el comportamiento alimentario. Por ejemplo, la supresión de la actividad en un circuito de alimentación con la optogenética interrumpe el consumo de comida incluso en animales hambrientos. La optogenética también se ha utilizado para demostrar cómo se almacenan las memorias en el cerebro. En una serie de experimentos notables, los científicos fueron capaces de estimular optogenéticamente grupos específicos de neuronas para evocar una memoria anterior o incluso implantar una memoria falsa en ratones. En el primer estudio, los investigadores fueron capaces de aislar las neuronas que estaban activas cuando el ratón recibió una descarga eléctrica, y cuando los investigadores activaron optogenéticamente este conjunto de neuronas los ratones quedaron inmóviles del miedo (la misma respuesta conductual que mostraron cuando originalmente recibieron la descarga). En el segundo estudio, los investigadores pudieron aislar las neuronas activadas por la presencia en un lugar específico, como una jaula de ratón (condición A). A continuación, los investigadores colocaron los ratones en un nuevo entorno (condición B) y les proporcionaron descargas eléctricas mientras estimulaban a las neuronas que representan la condición A. Cuando estos ratones fueron colocados de nuevo en la condición A, quedaron inmóviles de miedo como si esperaran recibir descargas eléctricas, a pesar de nunca recibirlas en esta ubicación.

“Más allá de su utilidad en el laboratorio, la optogenética tiene un gran potencial como herramienta terapéutica en un entorno clínico. Uno de los usos obvios de esta tecnología es tratar ciertos tipos de ceguera.”


Todo eso parece genial (y tal vez incluso un poco aterrador), pero ¿qué puede hacer la optogenética por nosotros? Más allá de su utilidad en el laboratorio, la optogenética tiene un gran potencial como herramienta terapéutica en un entorno clínico. Uno de los usos obvios de esta tecnología es tratar ciertos tipos de ceguera. Los médicos esperan restaurar la vista a estos pacientes insertando estas proteínas optogenéticas reactivas a la luz directamente en el ojo. Esas aplicaciones tendrían el beneficio añadido de ser relativamente menos invasivas.

En lugar de requerir un implante de fibra óptica, la luz podría activar la proteína optogenética directamente a medida que pasa a través del ojo, tal como funciona la visión normal. Incluso ahora, ya se están realizando ensayos clínicos que utilizan la optogenética para tratar la ceguera. Los objetivos más ambiciosos pueden involucrar su uso para reducir el consumo excesivo de comida en un esfuerzo por combatir la obesidad, similar a lo que ya se ha logrado en los animales de laboratorio. Incluso puede ser posible restaurar la función motora en individuos paralizados. A menudo en estos casos, la médula espinal lesionada ya no es capaz de transmitir señales motoras desde el cerebro a los brazos o las piernas. Aquí, la optogenética podría ser usada para restaurar la conexión a través de la lesión para que estas señales lleguen a las extremidades y les permitan moverse de nuevo. Dado que el cerebro controla todo lo que hacemos, las aplicaciones clínicas potenciales de la optogenética son tan diversas como emocionantes.

La activista de derechos civiles Ella Baker dijo una vez: «Dale luz y la gente encontrará el camino». Dados unos pocos destellos de luz bien colocados, los neurocientíficos han encontrado una manera de controlar el cerebro y el comportamiento con una precisión sin precedentes. Este avance ha inaugurado una nueva era en la investigación neurocientífica marcada por descubrimientos fantásticos, pero puede tener un potencial aún mayor como herramienta terapéutica utilizada para tratar una gama de dolencias. Lo que comenzó como una herramienta útil en el laboratorio puede proporcionar un rayo de esperanza para aquellos con condiciones actualmente intratables.

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Escrito por Jeff Olney
Ilustrado por Alexa Erdogan
Traducido por Valia Gregory

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Referencias
  • Jennings, J. H., Rizzi, G., Stamatakis, A. M., Ung, R. L. & Stuber, G. D. The inhibitory circuit architecture of the lateral hypothalamusGroup of nuclei that lies just below the thalamus. The hypot… orchestrates feeding. Science 341, 1517–1521 (2013).
  • Liu, X. et al.Optogeneticstimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature 484, 381–385 (2012).
  • Ramirez, S. et al. Creating a false memory in the hippocampusStructure in temporal lobe that has many functions but is es…Science 341, 387–391 (2013).
  • Bourzac, K. Texas Woman Is the First Person to Undergo Optogenetic Therapy – MIT Technology Review. MIT Technology Review(2016). at <https://www.technologyreview.com/s/601067/texas-woman-is-the-first-person-to-undergo-optogenetic-therapy/>

 

Autor(es)

  Jeff Olney

Jeff es un postdoctorando en la Universidad de Michigan, donde investiga la neurociencia de las emociones. Sus experimentos tienen como objetivo comprender mejor cómo sistemas cerebrales específicos se desregulan en trastornos neuropsiquiátricos (por ejemplo: la adicción, la esquizofrenia y la depresión). Jeff también es miembro del programa que se llama “Investigadores que promueven la enseñanza y el compromiso con el público sin formación técnica” (RELATE, pos sus siglas en inglés), que es una organización que busca mejorar la comunicación entre los científicos y la comunidad.

 

Traductora

Valia Gregory 

 

 

Author(s)

  • Jeff is a postdoc at the University of Michigan where he researches the neuroscience of emotion. His experiments aim to better understand how specific brain systems become dysregulated in neuropsychiatric disorders (e.g. addiction, schizophrenia and depression). Jeff is also a member of the University of Michigan’s RELATE program (Researchers Expanding Lay-Audience Teaching and Engagement) - an organization that seeks to improve communication between scientists and the lay-public.

Jeff Olney

Jeff is a postdoc at the University of Michigan where he researches the neuroscience of emotion. His experiments aim to better understand how specific brain systems become dysregulated in neuropsychiatric disorders (e.g. addiction, schizophrenia and depression). Jeff is also a member of the University of Michigan’s RELATE program (Researchers Expanding Lay-Audience Teaching and Engagement) - an organization that seeks to improve communication between scientists and the lay-public.

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