Iluminando el cerebro con la optogenética

Artículo original: Lighting up the Brain With Optogenetics Brainfacts.org

Traducido por Dalí Jiménez

Los científicos que estudian el moco de estanque descubrieron su capacidad peculiar de sentir la luz, incluso sin ojos. Este descubrimiento acabaría por darnos a una técnica llamada optogenética, una de las técnicas más poderosas para el mapeo del cerebro humano. Descubre cómo en este vídeo original de BrainFacts.org:

Transcripción:

Por milenios, la capa verde y transparente que flota sobre el agua estancada durante el verano guardaba un secreto. Lejos de ser una sustancia viscosa asquerosa, el moco de estanque se compone de billones y billones de organismos microscópicos conocidos como algas verdes. Como la mayor parte de la vida sobre la tierra, estos organismos dependen de la luz solar para obtener energía. Es más, pueden detectar la luz solar y moverse hacia ella, aunque no tengan ojos ni cerebro. Aclarar cómo lo hacen ha proporcionado una nueva herramienta para estudiar la estructura más complicada del universo, el cerebro.

Los científicos descifraron la primera pieza del rompecabezas en el 2002, cuando descubrieron que las algas verdes detectan la luz usando unas proteínas llamadas  canalrodopsinas. Curiosamente, estas proteínas funcionan como las que se encuentran en las células sensibles a la luz de la retina, que recubren la parte posterior del ojo de los mamíferos.  Conforme los científicos investigaron estas proteínas inusuales, descubrieron una función adicional. Además de detectar la luz, las canalrodopsinas parecían funcionar también como canales iónicos. Integrados en las membranas celulares, los canales iónicos son pequeños poros que permiten que los átomos cargados entren y salgan de las células. En el sistema nervioso, este flujo de átomos cargados genera las señales eléctricas que las neuronas utilizan para comunicarse entre sí.  Pero el verdadero interrogante era si la luz podía provocar que las canalrodopsinas se abriesen y permitiesen el flujo de iones cargados, y la respuesta a esta pregunta resultó ser un avance fundamental en la forma de estudiar el cerebro. Los experimentos realizados en placas de laboratorio demostraron que la luz efectivamente puede abrir estos canales y dejar que los iones fluyan en cantidades suficientes para excitar las neuronas y activarlas. Este descubrimiento despertó el interés de los científicos que estudian el cerebro.

Si estos canales activados por la luz se pudieran introducir en las neuronas, entonces tal vez los científicos podrían activar las neuronas simplemente encendiendo una luz. Este tipo de control podría ayudar a los científicos a determinar cuales neuronas se comunican entre sí y a trazar un mapa de los circuitos neuronales del cerebro. Gracias a las técnicas genéticas modernas, esto ya es posible. Los científicos pueden insertar canales activados por la luz en las neuronas de un cerebro vivo y activarlas con luz. La tecnología se llama optogenética, y gracias a unas bacterias que aman la sal y se encuentran en lagos de desierto, también se puede añadir un interruptor de apagado. Una bomba activada por la luz que se encuentra en dichas bacterias permite que átomos cargados negativamente entren en las neuronas, suprimiendo su actividad. Con estas herramientas, podemos apagar las neuronas con tan solo presionar un interruptor. Por consiguiente, podemos hacer un mapa de los circuitos neuronales con una precisión sin precedentes.

Además, la optogenética tiene el potencial de hacer avanzar nuestro conocimiento del cerebro tanto sano como lesionado. Un estudio en ratones ciegos, por ejemplo, descubrió que al agregar canalrodopsinas a las neuronas de la retina se restablecía la respuesta de los animales a la luz. Y la técnica también podría revolucionar cómo entendemos toda una serie de trastornos neurológicos.  En la enfermedad de Parkinson, por ejemplo, la pérdida de células productoras de dopamina provoca la sobreestimulación de algunas neuronas y la subestimulación de otras. Podríamos imaginarnos un día utilizar la optogenética para tratar trastornos neurológicos, como la enfermedad de Parkinson. Por ejemplo, cuando los medicamentos ya no ayudan, algunos pacientes de Parkinson se someten a una estimulación cerebral profunda en la que unos electrodos implantados en regiones específicas del cerebro activan estas regiones para mejorar síntomas como el temblor. Pero a veces las áreas cerebrales circundantes también se activan, lo que puede producir graves efectos secundarios.  Sin embargo, una terapia que utilice la luz puede ser menos invasiva y más precisa, al dirigirse únicamente a las neuronas que poseen un interruptor sensible a la luz, de activación o desactivación, añadido genéticamente.

Cuando los científicos revelaron que las canalrodopsinas eran el secreto del moco de estanque, encontraron una forma innovadora de investigar los muchos misterios del cerebro. Una investigación y exploración más profunda también podría ayudar algún día a desarrollar tratamientos para las personas que padecen de la enfermedad de Parkinson y otras enfermedades neurológicas.

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Escrito por Brainfacts.org
Imagen por Sean Noah
Traducido por Dalí Jiménez

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Autor

Brainfacts.org

Brainfacts.org es una iniciativa de información pública de la Fundación Kavli, la Fundación Caritativa Gatsby y la Sociedad de Neurociencia.

Traductor

Dalí Jiménez

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