Optogenética: Activar y desactivar neuronas, sin cirugía

En el laberinto del cerebro, hay varias vías por las cuales viajan las señales neuronales, y estas vías pueden fallar en pacientes con enfermedades y trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la epilepsia, el Parkinson y el trastorno obsesivo compulsivo. Los investigadores han desarrollado nuevas estrategias terapéuticas para atacar con mayor precisión las vías neuronales implicadas en estas afecciones, pero a menudo requieren cirugía. Los últimos hallazgos del laboratorio de Mikhail Shapiro, profesor asistente de Ingeniería Química en Caltech, Estados Unidos, muestran ahora cómo los científicos y médicos podrían, en el futuro, activar y desactivar selectivamente los circuitos neuronales, sin la necesidad de cirugía. El nuevo estudio, presentado en la edición digital de este lunes de ‘Nature Biomedical Engineering’, demuestra cómo el método, que involucra un trío de terapias: ondas de ultrasonido, terapia génica y fármacos sintéticos, puede usarse para alterar específicamente la formación de memoria en ratones. “Ahota tambien mediante el uso de ondas sonoras y otras técnicas genéticas, podemos, por primera vez, controlar de forma no invasiva las regiones específicas del cerebro y los tipos de células, así como el momento en que las neuronas se activan o desactivan”, explica Shapiro, también científico del ‘Heritage Medical Research Institute’ de Caltech. El trabajo tiene implicaciones para la investigación básica en animales y para el tratamiento futuro de afecciones neurológicas y tambien psiquiátricas. Aunque la idea de afinar los circuitos neuronales no es nueva, como vimos al inicio de este documento con la  optogenética, la luz se usa para controlar las regiones cerebrales a través de fibras ópticas implantadas; el aspecto novedoso del método de Shapiro son las ondas de sonido. El laboratorio de Shapiro utilizó previamente ondas de sonido para crear imágenes y controlar la función de las células modificadas dentro del cuerpo. En el nuevo trabajo, se emplean las ondas de sonido en combinación con pequeñas burbujas inyectadas en la sangre para abrir temporalmente la barrera hematoencefálica, (una capa protectora que impide que las sustancias en la sangre, particularmente las que podrían ser dañinas, entren en el cerebro.) “Cuando éstas  burbujas son golpeadas con ondas de ultrasonido, vibran, y este movimiento empuja la barrera hematoencefálica ( lo que contiene el cerebro y evita que este se mezcle con la sangre ) durante un breve periodo de tiempo”, dice el autor principal del nuevo estudio, Jerzy Szablowski, académico postdoctoral en el laboratorio de Shapiro. La apertura temporal de esta barrera es el primer paso en la nueva estrategia de tres puntas para controlar los circuitos neuronales. Con la barrera abierta en la región objetivo del ultrasonido, el equipo puede usar la terapia génica. Un virus se envía a la sangre, pasa la barrera  y luego suministra instrucciones genéticas a las células deseadas. Estas instrucciones genéticas codifican proteínas, llamadas receptores quimiogenéticos, que se diseñaron para responder a un determinado fármaco en el laboratorio. El último paso en el proceso es administrar el medicamento y activar o desactivar las neuronas específicas. Los investigadores demostraron la técnica al dirigirse a las neuronas formadoras de recuerdos en los ratones, ubicadas en una parte del cerebro llamada hipocampo. Cuando se suministró a los ratones la medicación quimiogenética, estas neuronas se desactivaron y, como resultado, los ratones fueron temporalmente incapaces de formar nuevos recuerdos.

Debido a que la nueva técnica del laboratorio Shapiro combina la quimiogenética con la ecografía, el equipo la ha denominado “quimiogenética dirigida acústicamente” o ATAC. “Este es un enfoque impresionante e innovador que será útil para muchos neurocientíficos”, afirma el profesor de farmacología Bryan Roth, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Estados Unidos, e inventor de algunas de las primeras proteínas quimiogenéticas, pero que no participó en el estudio. “Nuestro método es una combinación de tecnologías, cada una de las cuales se ha utilizado en animales y se está avanzando en la clínica –dice Shapiro–. Debido a esto, estamos más avanzados en nuestro proceso de desarrollo de lo que lo estaríamos si comenzáramos desde cero”. Los investigadores dicen que esperan continuar las pruebas en animales con modelos de enfermedades como la epilepsia. Muchos pacientes con epilepsia actualmente se someten a cirugía para cortar las regiones del cerebro donde se cree que se desencadenan las convulsiones. Con el método ATAC, áreas cerebrales específicas podrían, en teoría, apagarse temporalmente sin necesidad de cirugia pero adems con un método reversible, se puede administrar un medicamento para desactivar las células neuronales de interés, pero con el tiempo, esas células se volverán a encender. También puede realizar la dosificación del fármaco para determinar cómo de completamente está cerrando esa región del cerebro”. Acá en Barcelona tambien se avanza en este sentido.

 “Es una técnica revolucionaria que avanza a una gran velocidad”, dice el Profesor afirma Ignacio Morgado, director del Institut de Neurociències de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). A través de la luz, ya es posible controlar la actividad cerebral humana, y en realidad esto es lo que se persigue. Sin embargo, Morgado avisa de las implicaciones éticas que supone, como todo avance científico, y por el que se deberían establecer “códigos y normas que garanticen que los fines de su uso irán en acorde a la salud y el bienestar de las personas”.