Optogenética: luz para controlar al cerebro

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Figura 2. Rata de laboratorio con una fibra óptica colocada en su cabeza (John B. Carnett).

Todos hemos oído hablar de las neuronas, las células que residen mayoritariamente en nuestro sistema nervioso y a las cuales debemos nuestra capacidad de pensar. Estas peculiares células fueron descritas por el científico español Santiago Ramón y Cajal en 1888, haciendo uno de los mayores descubrimientos en el campo de la neurociencia (la ciencia que estudia al sistema nervioso), ¡no por nada es considerado pionero en este campo!

Desde ese entonces, esta ciencia ha avanzado a pasos agigantados, y con ello se han acumulado cada vez más preguntas sobre cómo funciona el sistema nervioso. Una pregunta conlleva a otra, y para poder tener las soluciones adecuadas se necesita echar mano de técnicas especiales, que van evolucionando gracias al conocimiento.

Una de las técnicas que más se han utilizado es la estimulación eléctrica de las neuronas. Para poder activarlas se les aplica una corriente eléctrica, debido a que la forma de comunicarse las unas con las otras es mediante señales eléctricas y químicas. Sin embargo, cuando esta técnica es empleada en un ser vivo no es muy precisa, ya que se puede estimular a más neuronas de las que se requiere.

Por eso, la llegada de la optogenética facilitó la tarea de poder estimular a una sola neurona o a un grupo muy específico de ellas, ¡teniendo como herramienta a la luz! Pero para comprender cómo es que funciona, es necesario tener noción sobre el funcionamiento de las neuronas.

Una de las cosas más importantes que una neurona toma en cuenta es la concentración de iones (partículas con carga), dentro y fuera de ella. Una neurona en reposo contiene en su interior una mayor cantidad de iones negativos que en el exterior. Pero cuando es activada, una corriente de iones positivos -principalmente sodio (Na+)- entra a la célula por medio de canales embebidos en su membrana. Cuando el flujo de iones llega hasta cierto punto, se dice que la neurona generó un potencial de acción, que es el impulso nervioso.

¿De qué trata la optogenética?

En pocas palabras, es una técnica con la que es posible controlar la conducta de células modificadas por medio de luz. Para modificar una neurona, se le introduce un gen que exprese una proteína fotosensible (que responde o tiene una actividad debido a la luz). Las proteínas más utilizadas para estos propósitos son la canalrrodopsina y la halorrodopsina, descubiertas en un alga (Chlamydmonas reinhardtii) y en una arqueobacteria (Natronomonas pharaonis), respectivamente (figura 1).

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Figura 1. Proteínas de Chlamydmonas reinhardtii y Natronomonas pharaonis en la membrana celular (Zhang et al., 2010).

Los genes de estas proteínas se incorporan al organismo usando un virus como vector, el cual contiene al gen en su interior. Los virus con los que normalmente se realiza este procedimiento son virus adenoasociados o lentivirus, los cuales son inyectados en el cerebro del organismo, que suele ser una rata o ratón de laboratorio.

Una vez expresada, la canalrrodopsina se incorpora a los canales de sodio de la neurona. Para poder aplicar la luz se debe emplear una fibra óptica (figura 2). Cuando se enciende luz azul, que es la longitud de onda a la que responde esta proteína, los canales abren, dejando pasar sodio hacia el interior de la célula, activándola (figura 3). Lo contrario sucede con la halorrodopsina, que funciona como una bomba de cloro (Cl-) que se activa con luz amarilla, introduciendo este ion negativo a la célula, inhibiéndola. De esta forma, es posible expresar ambas proteínas en una sola neurona, y así poder activarla o inhibirla en un momento u otro (figura 4).

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Figura 3. Activación de una neurona por medio de luz azul (Gertrudis Perea, 2016).

Gracias a la optogenética, que fue considerada como la “Técnica del año” en 2010 por la revista Nature Methods, se han podido estudiar con más detalle los circuitos neuronales involucrados en conductas como el miedo, la sociabilidad, la recompensa o la memoria; o las alteraciones en los circuitos que contribuyen a la generación de desórdenes psiquiátricos, como la ansiedad, depresión, obesidad, esquizofrenia o Parkinson. Esto ha sido de gran ayuda para crear tratamientos con mejores resultados para tratar dichos desórdenes.

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Figura 4. Una neurona se puede activar o inhibir exponiéndola a luz azul o amarilla, respectivamente (Sebastian Kaulitzki).


Ana Karen Sánchez Medina / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Dra. María Rosa de Lourdes Ávila Costa / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Facultad de Estudios Superiores Iztacala | Universidad Nacional Autónoma de México