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El comportamiento se puede manipular mediante la luz

El comportamiento se puede manipular mediante la luz

El cerebro de los ratones se puede manipular mediante una fuente de luz colocada en el cuero cabelludo: activa neuronas modificadas genéticamente y modifica el comportamiento.

Investigadores del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Stanford han conseguido una nueva proeza optogenética: utilizando únicamente pulsos de luz, reprogramaron el cerebro de un ratón para que prefiriera la compañía social. Publican sus resultados en Nature Biotechnology.

Desde hace 30 años, la capacidad de manipular neuronas se ha desarrollado mediante medicamentos o estimulación eléctrica, con la dificultad de que estos sistemas no pueden distinguir unas neuronas de otras.

Desde 2002, la optogenética ha combinado métodos genéticos y ópticos para controlar con precisión células de tejidos vivos utilizando la luz como agente inductor.

En los últimos cinco años, la optogenética ha conseguido incluso manipular, con gran precisión, grupos de neuronas seleccionadas, bien por su genética, por su anatomía o por su función.

Toda su estrategia se basa en el uso de opsinas, unas proteínas microbianas obtenidas de algas sensibles a la luz: insertadas en neuronas vivas, permiten modificar el comportamiento celular mediante la presencia o ausencia de luz.

La optogenética permite seleccionar qué neuronas adquieren la capacidad de ser sensibles a la luz para conseguir resultados concretos: por ejemplo, las relacionadas con la epilepsia o la depresión. El resto de las neuronas no se ven afectadas por esta manipulación.

Cambiando el comportamiento social

Los investigadores de Stanford, liderados por Ritchie Chen y Felicity Gore, consiguieron la fotoactivación transcraneal de circuitos neurales específicos, incluidas las estructuras del mesencéfalo y del tronco encefálico, a profundidades sin precedentes de hasta 7 mm con una precisión de milisegundos, sin implantes ni cirugía, tal como explican en su artículo.

El resultado no es baladí: las neuronas del tronco encefálico influyen en el comportamiento social. Cuando los ratones del experimento disfrutaron de neuronas del encéfalo mejoradas por la optogenética, unos pocos rayos de luz fueron suficientes para convertirlos en fervientes partidarios de las relaciones sociales.

El resultado se obtuvo sin cirugía de cerebro abierto: una fuente de luz, colocada justo en el exterior del cuero cabelludo de los ratones, activó la actividad neuronal en la región pretendida y consiguió un cambio de comportamiento.

“El estudio sugiere que con una inyección de un virus, ya sea a través de la cuenca del ojo o a través de las venas, es potencialmente posible controlar algo tan integral para una personalidad como la sociabilidad con nada más que luz”, explica la neurocientífica Shelly Xuelai Fan, de la Universidad Singularidad, que no participó en la investigación.

Para humanos, todavía no

El descubrimiento permite pensar en una terapia futura para el tratamiento de problemas neurológicos en personas, como la depresión o la epilepsia, posibilidad que acercaría la optogenética a lo que hasta ahora es ciencia ficción: arreglar el cerebro a través de la luz.

De momento se trata de una terapia inconcebible para los seres humanos porque implica manipular genéticamente a las neuronas para que sean sensibles a la luz. Sin esta manipulación, no sería posible la aplicación clínica de la tecnología experimentada en ratones. Necesitaríamos fibra óptica dentro del cerebro.

Además, tenemos un cerebro mucho más complejo: será difícil conseguir con la luz la precisión que es factible en cerebros de ratones. La ciencia de momento no aspira a tanto.

Eso no quiere decir que la optogenética no esté abordando ya problemas neurológicos humanos: la estimulación cerebral profunda a través de la optogenética puede tratar determinados trastornos cerebrales.

Viviana Gradinaru, ganadora este año del Science&PINS Prize for Neuromodulation, considera posible acceder a poblaciones de neuronas concretas para tratar, por ejemplo, la enfermedad de Parkinson dirigiendo luz al sistema nervioso periférico.

Es solo un ejemplo. En 2012, otra investigación comprobó que es posible detectar y controlar la adicción a la cocaína mediante pulsos de luz aplicados al sistema nervioso de ratones… otra esperanza para su tratamiento en seres humanos.

Referencia

Deep brain optogenetics without intracranial surgery. Ritchie Chen et al. Nature Biotechnology (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41587-020-0679-9

 

Foto: Chenspec. Pixabay.

 

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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