Optogenética, observación y control del cerebro

Este artículo trata de cómo una combinación de óptica y genética permite cartografiar y controlar los circuitos cerebrales. La base científica sobre la que se sustentó todo esto fue la idea de la posibilidad de desentrañar por medios ópticos el funcionamiento interno del cerebro. Comprender el modo en el que se interrelacionan las neuronas para generar pensamientos y conductas sigue siendo uno de los más difíciles problemas que se plantean en biología. Ello se debe, mayormente, a que no podemos ver la totalidad de los circuitos neuronales en acción. Los comienzos para hacer esta idea realidad científica comenzaron en el decenio de los 70 el siglo pasado.

La optogenética nace al comprender que la manipulación de genes podría ser la clave para resolver el problema de la tinción indiscriminada que ocurre cuando aplicamos pigmentos sintéticos. Los pigmentos sintéticos han resultado de extraordinario valor, pues han permitido ahondar en el procesamiento de la información en neuronas individuales y en redes de tamaño restringido. Sin embargo, empleando este tipo de pigmentos no es posible determinar en qué tipo de célula se está originando una señal óptica.

Todas las células de un individuo tienen el mismo genoma. Lo que diferencia unas de otras es que en ellas se activan o desactivan distintas combinaciones de genes. Por ejemplo, los genes que codifican los componentes proteínicos de las neuronas dopaminérgicas permanecen inactivos en otras neuronas que no producen dopamina. En teoría, si un interruptor biológico que ha activado un gen productor de dopamina estuviera vinculado a un gen codificador de un pigmento, y la unidad “interruptor-pigmento” se integrara en las células de un animal, éste produciría el pigmento sólo en las células dopaminérgicas; y podrían observarse esas células en un cerebro vivo e intacto. Desgraciadamente esto no funciona así, el proceso sólo actúa de ese modo cuando el pigmento lo codifica un gen: es decir, cuando el pigmento corresponde a una proteína.

Otro problema que se plantea en este terreno es que no podemos estimular directamente grupos definidos de neuronas con independencia de los estímulos sensoriales. Por este motivo hoy en día se plantea si sería posible desarrollar instrumentos que, además de proporcionar sensores para observar la actividad neuronal, facilitaran la activación exclusiva de tipos escogidos de neuronas.

Hasta ahora se han obtenido, mediante ingeniería genética, animales que incorporan sensores o accionadores en las neuronas de interés (estudios basados en la optogenética han permitido localizar y manipular circuitos neuronales que gobiernan varias conductas en moscas, lombrices, peces y ratones). En un futuro se espera poder investigar varias poblaciones neuronales en un mismo individuo simultáneamente.

Estos recientes descubrimientos en cuanto a circuitos neuronales abren inmensas oportunidades, puesto que se han identificado campos de control directo de la actividad neuronal que aportarían beneficios clínicos, como prótesis sensoriales, tratamiento de los trastornos de movilidad y regulación del humor y la conducta. A pesar de su atractivo teórico, las terapias optogenéticas en humanos se enfrentan a un obstáculo importante: la exigencia de introducir en el cerebro un gen extraño, el que codifica el fotoaccionador. Aún así, el control sobre los circuitos cerebrales (o incluso sobre otras células electrosensibles) ofrece una oportunidad inmediata: descubrir nuevas dianas farmacológicas.

Fuentes:

MIESENBÖCK, G. (diciembre 2008) Observación y control del cerebro. “Investigación y ciencia” (pág. 20 – pág. 28)

Paula Macía Moreno.