El objetivo de este estudio era comprender cómo la información puede almacenarse en forma de engramas en el cerebro. Para identificar y estudiar los cambios que experimentan los engramas y que permiten codificar un recuerdo, el equipo de investigadores estudió una forma de aprendizaje en la que dos experiencias similares entre sí quedan vinculadas por la naturaleza de su contenido. Los investigadores utilizaron un paradigma en el que los animales aprendían a identificar distintos contextos y a establecer asociaciones entre ellos. Mediante técnicas genéticas, el equipo etiquetó dos poblaciones diferentes de células engramas en el cerebro para dos recuerdos distintos y, a continuación, observó cómo el aprendizaje se manifestaba en la formación de nuevas conexiones entre esas células engramas. A continuación, mediante optogenética, que permite controlar con luz la actividad de las células cerebrales, demostraron que esas nuevas conexiones eran necesarias para el aprendizaje. Al hacerlo, identificaron un mecanismo molecular mediado por una proteína específica situada en la sinapsis que interviene en la regulación de la conectividad entre las células engramas.

Este estudio aporta pruebas directas de que los cambios en la conectividad del cableado sináptico entre células engramas pueden considerarse un mecanismo probable de almacenamiento de la memoria en el cerebro.

Ver más información:  Ortega de San Luis C, Pezzoli M, Urrieta E, Ryan TJ. Engram cell connectivity as a mechanism for information encoding and memory function. bioRxiv [Preprint]. 2023 Sep 21:2023.09.21.558774. doi: 10.1101/2023.09.21.558774. PMID: 37790352; PMCID: PMC10542553.

27 noviembre 2023 |Fuente: Neurología| Tomado de| Noticia

Durante los poco más de quince años de existencia de la optogenética, la introducción de genes exógenos que codifican proteínas sensibles a la luz en ciertas células, los neurocientíficos se han lanzado a probarla en invertebrados, peces, aves y roedores. También, en menor medida, en primates no humanos.

La reciente publicación en Nature Medicine, del primer caso en el que se ha aplicado con éxito la optogenética en seres humanos constituye el enésimo ejemplo de lo importante que es valorar y, sobre todo, financiar la investigación básica.

Cuando se descubrieron las primeras opsinas microbianas hace medio siglo, seguramente nadie imaginó que estas proteínas sensibles a la luz serían un día empleadas para excitar o inhibir neuronas y, en virtud de ello, explorar posibles tratamientos neurológicos. Hasta el momento se han obtenido ya interesantes resultados relacionados con el estudio de la epilepsia, la enfermedad de Parkinson, las adicciones y la agresividad, por mencionar solo algunos ejemplos.

Los investigadores han logrado que un hombre de 58 años –afectado por retinitis pigmentaria desde los 18 y que solo era capaz de percibir la presencia o ausencia de luz– recuperara parcialmente la vista

La optogenética goza de un especial potencial para la manipulación de la actividad cerebral, pues permite actuar sobre regiones muy específicas y activar o inhibir con bastante precisión las neuronas que interesen. Sin embargo, requiere habitualmente que se realice una pequeña craneotomía para implantar el dispositivo que permite el paso de la luz al tejido cerebral. Por ello, parece bastante razonable que los primeros ensayos con seres humanos se hayan efectuado eligiendo otra diana: la retina.

El nuevo estudio representa una innegable esperanza para las personas carentes de visión, si bien existen importantes matices que no deben ser ignorados y que nos invitan a ser muy cautelosos. Pero comencemos por lo positivo, que es de gran calado.

Los investigadores, encabezados por José-Alain Sahel, han logrado que un hombre de 58 años –afectado por retinitis pigmentaria desde los 18 y que solo era capaz de percibir la presencia o ausencia de luz– recuperara parcialmente la vista. La retinitis, o retinosis, pigmentaria es un conjunto de alteraciones hereditarias caracterizadas por la pérdida gradual de visión debido a la degeneración de los fotorreceptores, conos y bastones, de la retina.

El ensayo clínico consistió en realizarle al paciente una inyección intraocular que, gracias al empleo de un adenovirus como vector, contenía la secuencia genética codificante de ChrimsonR: un derivado artificial de una opsina propia del alga verde Chlamydomonas noctigama.

La secuencia se integró en el ADN de las células ganglionares de la fóvea retiniana, unas neuronas que en condiciones normales hacen de intermediarias entre los fotorreceptores y el cerebro. Se pretendió así que estas células ejercieran la función de ‘receptoras de la luz’. Tras esto, el hombre empleó unas gafas especiales que convertían las imágenes del mundo exterior en imágenes monocromáticas de color ámbar.

No solo se trata del primer ensayo optogenético con seres humanos publicado hasta la fecha, sino que además abre una posible vía en la búsqueda de terapias para la retinosis pigmentaria, que sufren unos dos millones de personas en el mundo y que por el momento carece de tratamiento

Después de siete meses de entrenamiento visual, logró empezar a situar, tocar y contar ciertos objetos. A esta buena noticia se suma el hecho de que la mejora se mantuvo estable durante varios meses, sin aparentes efectos secundarios como lesiones retinianas o inflamación intraocular.

El impacto y la relevancia de este estudio son muy elevados. No solo se trata del primer ensayo optogenético con seres humanos publicado hasta la fecha, sino que además abre una posible vía en la búsqueda de terapias para una enfermedad, la retinosis pigmentaria, que sufren unos dos millones de personas en el mundo y que por el momento carece de tratamiento.

Limitaciones importantes del estudio

No obstante, hay varias limitaciones importantes que es necesario tener en cuenta para evitar caer en la euforia. En primer lugar, estamos ante un solo caso. Sahel y sus colaboradores habían diseñado su ensayo para ser aplicado en varios pacientes más, pero la pandemia de COVID-19 se lo ha impedido. Desde luego, sería necesario disponer de mucha más información para averiguar si las mejoras visuales se presentan de forma generalizada o si, por desgracia, se trata de un caso excepcional.

En segundo lugar, no estamos ante un proceso sencillo: tuvieron que pasar casi doce meses, unos cinco para la integración y expresión genética de ChrimsonR, más otros siete de entrenamiento visual, para que el paciente comenzara a experimentar las mejoras en su visión; además, estas solo se produjeron con las gafas especiales colocadas. Así pues, no se trata simplemente de ponerse una inyección ocular y regresar a casa.

Los autores diseñaron su ensayo para ser aplicado en varios pacientes más, pero la pandemia de COVID-19 se lo impidió. Sería necesario disponer de más información para averiguar si las mejoras visuales se presentan de forma generalizada o si, por desgracia, se trata de un caso excepcional

En tercer lugar, la recuperación visual del paciente fue bastante limitada: además de tener serias dificultades para percibir objetos pequeños , en concreto, una caja de grapas, su visión era monocolor, ya que solo lograba percibir las imágenes de color ámbar producidas por sus gafas. La causa de esto es bioquímica y conlleva una limitación técnica muy importante: la máxima sensibilidad de la opsina utilizada se produce precisamente para el color ámbar , esto es, en una longitud de onda de 590 nm.

De hecho, los distintos tipos de opsinas empleados en optogenética muestran diversas sensibilidades cromáticas. Esto significa que, para poder aspirar a una recuperación de la visión en multicolor, parece necesario el uso combinado de opsinas diferentes, algo que no se ha podido ensayar y cuyas consecuencias son, por tanto, inciertas.

En cuarto y último lugar, independientemente del éxito que esta terapia pudiera llegar a alcanzar en el futuro, solo sería aplicable a cierta clase de ceguera, concretamente a la producida por retinosis pigmentaria. El estudio no está diseñado, por ejemplo, para el tratamiento de la ceguera cortical, que es debida a lesiones en el lóbulo occipital del cerebro.

Expectación y prudencia

Estamos ante un descubrimiento esperanzador, que puede abrir nuevas perspectivas terapéuticas para una alteración visual que carecía de tratamiento y que, a tenor de lo observado, parece no tener efectos dañinos en el corto plazo. Pero se necesitarán nuevos ensayos, muchos más datos y seguimientos a largo plazo para saber si el procedimiento es lo suficientemente seguro y efectivo.

Es más, no debe esperarse, al menos de momento, que se produzcan mejoras espectaculares, sino más bien restringidas a una percepción limitada de objetos, y en un solo color. Desde luego, no es difícil imaginar que esto ya le parezca un gran paso a aquellas personas que, desgraciadamente, carecen parcial o totalmente de visión debido a la retinosis pigmentaria, aunque conviene ser muy cautos

Tendremos que esperar aún bastante para saber si la optogenética puede ser empleada en seres humanos de forma intracraneal, con la ilusión de buscar tratamientos para ciertos trastornos neurológicos. Es algo que solo el tiempo, las opsinas y, sobre todo, el esfuerzo de científicos y pacientes podrán llevarnos a averiguar.

José Manuel Muñoz, del Grupo Mente-Cerebro, Instituto Cultura y Sociedad (ICS), Universidad de Navarra e investigador del Centro Internacional de Neurociencia y Ética (CINET), Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno.

junio 05/2021 (SINC)

Su aplicación en un modelo de ratón de la enfermedad de Parkinson también muestra que podría ser una forma de tratar los trastornos cerebrales dirigiéndose al sistema nervioso periférico, según publica la revista Science.

Al ir más allá de las estrategias centradas en el cerebro comúnmente aplicadas en neurociencia, los enfoques desarrollados por la investigadora Viviana Gradinaru, ganadora del premio, pueden ayudar a superar los obstáculos asociados con los tratamientos existentes para los trastornos cerebrales, muchos de los cuales no han pasado los ensayos clínicos.

«Espero que nuestro trabajo, así como los métodos para el mapeo anatómico y funcional del sistema nervioso periférico y su relevancia para la disfunción del sistema nervioso central puedan informar puntos de intervención y enfoques de terapias más tempranos», señala Gradinaru, profesora de Neurociencia e Ingeniería Biológica en el Instituto de Tecnología de California.

A pesar de la riqueza y la calidad de la investigación básica en neurociencia, los trastornos cerebrales siguen siendo algunas de las enfermedades más difíciles de diagnosticar o tratar en Estados Unidos.

En los últimos años, Gradinaru ha estudiado cómo la estimulación cerebral profunda a través de la optogenética, que utiliza la luz para controlar las neuronas que se han modificado genéticamente, puede tratar los trastornos cerebrales.

Su trabajo ha revelado que los investigadores necesitan poder acceder a poblaciones de células relevantes con herramientas menos invasivas y más precisas, incluidas aquellas que podrían penetrar la barrera hematoencefálica que protege el cerebro adulto, lo que permitiría la entrega de vectores sin cirugía e inyecciones intracraneales invasivas.

Aquellos que buscan comprender completamente las enfermedades cerebrales también deben intervenir antes, lo que requeriría que miren más allá del sistema nervioso central, por ejemplo, al sistema nervioso periférico.

En 2016, Gradinaru lideró el desarrollo de una nueva herramienta llamada ‘CREAR’ que permitió a los científicos entregar vectores virales adenoasociados (VVA), virus inofensivos que la mayoría de las personas transportan, a través de las barreras hematoencefálicas de ratones adultos.

Aquí, como se describe en su ensayo galardonado, ella y sus colegas buscaron mejorar la naturaleza sensible a la luz de la carga de proteínas u opsinas, entregada por los VVA diseñados para tratar enfermedades cerebrales. Al hacerlo, desarrollaron opsinas con una sensibilidad a la luz «excepcional«.

Probado en ratones, las opsinas funcionaron cuando las fuentes de luz utilizadas para dirigirlas se colocaron en un cráneo adelgazado, en lugar de implantarse directamente en el cerebro a través de fibras ópticas, la ruta más tradicional e invasiva.

La combinación de VVA de ingeniería con opsinas de diseño seleccionadas por aprendizaje automático por su sensibilidad a la luz sin precedentes permitió a los vectores penetrar grandes volúmenes de tejido en el cerebro de los ratones, mostró Gradinaru.

El equipo planteó la hipótesis de que podrían usar su enfoque para atacar las células cerebrales no neuronales que recientemente se cree que contribuyen a los trastornos cerebrales, incluidos los del sistema nervioso periférico y los que conducen a una barrera hematoencefálica comprometida.

En una prueba de esto en el sistema nervioso en el intestino de los ratones, demostraron que podría indicarle al sistema nervioso periférico que reduzca la producción de fibrillas de alfa-sinucleína amiloide, proteínas que se sabe que conducen los trastornos cerebrales.

Esto redujo los síntomas asociados con el párkinson en los ratones. Dirigirse al sistema nervioso intestinal de esta manera puede servir como una ruta futura prometedora para tratar la enfermedad de Parkinson, señala Gradinaru.

«El desarrollo de herramientas de administración de genes mínimamente invasivos y la identificación de nuevos objetivos terapéuticos dentro y fuera del cerebro pueden aumentar la accesibilidad y la eficacia de la neuromodulación», destacan los editores de Science Translational Medicine  Mattia Maroso y Caitlin Czajka.

«La neuromodulación es un campo muy prometedor –añade Chong Li, CEO de PINS Medical–. La neuromodulación no solo brinda a los pacientes nuevas opciones y posibilidades de tratamiento, sino que también promueve la investigación colaborativa de expertos en diferentes áreas académicas».

octubre 15/2020 (Europa Press) Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Ahora, una investigación efectuada en Japón ha comprobado que se puede aplicar luz externa para estimular el cerebro de un ratón con la ayuda de nanomateriales.

La novedad del nuevo enfoque reside en el empleo de las denominadas nanopartículas de conversión (upconversion nanoparticles, UCNP), que se inyectan en la región cerebral deseada. A continuación, mediante láser, se aplican haces de luz infrarroja cercana que atraviesan fácilmente el cerebro desde el exterior del cráneo.

Las nanopartículas interactúan con la luz infrarroja y ésta se convierte en las ondas de luz azul-verde necesarias para la estimulación neuronal. Cuando los investigadores introdujeron las UCNP en el cerebro de los animales, el microscopio electrónico confirmó que se mantenían alojadas en el área donde se habían inyectado.

Los científicos utilizaron este método para activar las neuronas de varias áreas del cerebro, así como para silenciar la actividad convulsiva provocada por algunas de ellas. En ratones condicionados para paralizarse en ciertas circunstancias, también se logró que superaran este impedimento cuando se aplicó la nueva técnica optogenética. El estudio fue publicado en Science 2018.
marzo 22/2018 (neurologia.com)

Sin embargo, las ondas de luz azul-verde que se emplean para manipular las neuronas tienden a dispersarse cuando se aplican dentro del cerebro, lo que obliga a suministrarlas mediante sondas de fibra óptica que hay que introducir hasta la zona de interés.

Como alternativa, un equipo internacional de investigadores liderados desde el RIKEN Brain Science Institute de Japón ha desarrollado una nueva técnica optogenética que permite la activación o inhibición neuronal mediante la aplicación externa de luz en el cráneo, en lugar de la invasiva sonda.

Esta técnica, que de momento solo se ha probado en ratones, algún día podría complementar o ampliar los métodos que se usan en la actualidad para la estimulación cerebral profunda y los tratamientos para trastornos neurológicos en humanos.

La novedad del nuevo enfoque, cuyos detalles se publican esta semana en la revista Science, es el uso de las llamadas nanopartículas de conversión dopadas con lantánidos (UCNP), que se inyectan en la región cerebral deseada. A continuación se aplican, mediante láseres, haces de luz infrarroja cercana, que atraviesan fácilmente el cerebro desde el exterior del cráneo.

Las nanopartículas interactúan con la luz infrarroja y esta se convierte en las ondas de luz azul-verde necesarias para la estimulación neuronal. Cuando los investigadores introdujeron las nanopartículas UCNP en el cerebro de los animales, el microscópico electrónico confirmó que estas se mantenían alojadas en el área donde se habían inyectado.

«Las nanopartículas parecen ser bastante estables y biocompatibles, por lo que son viables para su uso a largo plazo”, destaca Thomas McHugh, líder del grupo de investigación en el instituto RIKEN, “y, además, la baja dispersión significa que podemos apuntar a las neuronas objetivo de forma muy específica».

Activar o silenciar neuronas

El equipo utilizó este método para activar las neuronas de varias áreas del cerebro, así como para silenciar la actividad convulsiva provocada por algunas de ellas. En ratones condicionados para paralizarse en ciertas circunstancias, también se logró que superaran este impedimento cuando se aplicó la nueva técnica optogenética.

Este estudio se valora en otro artículo de Science, en el que ha participado el investigador Wolfgang J. Parak de CIC Biomagune en San Sebastián, donde se señala: “Es un paso hacia un cerebro controlado ópticamente. Con los avances tecnológicos, un día se podrían estimular ópticamente las neuronas en las profundidades del cerebro humano, y esto podría ayudar al tratamiento de pacientes con enfermedades como el párkinson”.

“Si no me voy a casa ahora, mañana trabajaré con una resaca horrible… pero esto se está animando, creo que voy a pedir la última copa”. Independientemente de qué decisión tomemos ante esta disyuntiva de jueves por la noche, ambos pensamientos, el prudente y el eufórico, están motivados por experiencias previas, tanto dolorosas como placenteras, que hemos vivido en situaciones similares. Gracias a ellas el cerebro aprende qué expectativas podemos tener y escoge el camino a seguir.

Esa toma de decisiones está conducida por la dopamina, un neurotransmisor que ha sido conocido durante mucho tiempo como ‘la hormona del placer’, aunque los últimos estudios científicos la señalan, de modo más preciso, como hormona de la motivación.

Las neuronas que generan la dopamina en el cerebro trabajan para que nos decantemos por una u otra opción según la recompensa que esperamos recibir. Comparar esas predicciones con la realidad es un aspecto clave en los procesos de aprendizaje, pero no se sabe demasiado sobre cómo estas neuronas realizan los cálculos que empujan la balanza de uno u otro lado.

Una nueva investigación liderada por Neir Eshel, de la Universidad de Stanford (Estados Unidos), ha logrado describir la manera en la que las neuronas calculan las consecuencias de las decisiones y los comparan con los resultados reales.

La optogenética como técnica de apoyo

Entre las distintas técnicas que han utilizado para realizar la investigación se encuentra la optogenética. Consiste en la aplicación de una proteína fotosensible en las neuronas que se quieren estudiar, lo que permite controlar su comportamiento mediante la aplicación de luz. La optogenética ya se ha utilizado en estudios con ratones para probar terapias contra la drogadicción. Los ratones, precisamente, han sido los sujetos del estudio del equipo de Eshel.

“Les presentábamos varios olores, como plátano, menta y otros; y a cada uno le asignábamos o bien una recompensa (agua), o nada, o un castigo que consistía en un golpe de aire en la cara”, explica Eshel a Sinc. “La cantidad de agua variaba, así modulábamos el nivel de gratificación de cada recompensa”, continúa.

Mediante optogenética, los investigadores controlaron tanto a las neuronas que generan la dopamina como a las neuronas productoras de GABA, otro neurotransmisor que se relaciona con la ansiedad. Por ejemplo, jugaron a incrementar de forma artificial las expectativas de los roedores ante una recompensa concreta, y monitorizaron su reacción ante las decepciones cuando habían generado mucha expectación por una recompensa que luego no era tal.

“Activando esas neuronas de forma simultánea en ambos lados del cerebro somos capaces de controlar el comportamiento de los animales”, explica Eshel. Gracias a sus experimentos, comprobaron que el nivel de activación de las neuronas GABA influye en la cantidad de recompensa esperada, mientras que las neuronas dopaminérgicas realizan los cálculos que comparan las expectativas frente a la realidad.

¿Aplicación en humanos?

“No quiero especular demasiado sobre la aplicación potencial en humanos pero, en lo referente a la generación de dopamina, los cerebros de los ratones y los humanos son muy parecidos”, asegura Eshel por correo electrónico.

Su hallazgo podría servir para eliminar adicciones. Según explica a Sinc el investigador,  actualmente se está probando un fármaco que influye en las neuronas GABA cuyo objetivo es ayudar a frenar la adicción al tabaco.

Pero la investigación de Eshel podría tener más aplicaciones. Su trabajo consiste en encontrar biomarcadores  en los procesos de motivación -que suelen incluir errores de predicción-, para categorizar pacientes, prever recaídas o pautar tratamientos.

“La adicción es solo una de las muchas enfermedades neuropsiquiátricas donde los errores de predicción de la dopamina desempeñan su papel. Influyen también en la depresión, los TOC o el párkinson”, añade.

Una investigación premiada

El doctor Neir Eshel ha sido galardonado con el premio para jóvenes científicos de Science & Science Lab de este este año por el resultado de esta investigación, plasmada en el artículo Trial and Error  que se publica en el último número de la revista Science.

El premio está dotado con 30 000 dólares y reconoce carreras científicas prometedoras en ciencias de la vida. El galardón procede del Science for Life Laboratory, un centro de investigación formado por cuatro universidades suecas, y la revista Science.
diciembre 10/2016 (agenciasinc.es)

Leer más sobre el tema en:

Neuroscience: Illuminating the brain

La puesta a punto definitiva de la técnica de estudio del cerebro conocida como optogenética puede situarse en 2009. Desde entonces se han publicado miles de estudios basados en ella.

«El cerebro es un órgano maravilloso, milagroso y misterioso que nos gustaría entender», expone uno de sus artífices, Karl Deisseroth, de la Universidad de Stanford. «El problema es que no nos dejaba probar nuestras hipótesis», se lamenta.

Ese es, precisamente, el gran logro de la optogenética: la posibilidad de «probar hipótesis causales sobre células específicas y conexiones en el cerebro».  El procedimiento se basa en introducir en las neuronas mediante un vector de virus adeno asociado, gen microbiano que es un canal iónico activado por la luz.

«Son genes únicos que codifican proteínas que convierten fotones en corriente iónica, de forma que, cuando el fotón las alcanza, crean un poro en la membrana y las partículas cargadas, los iones, pueden fluir a través de él. De este modo, activan la corriente eléctrica o la inhiben. Así, podemos controlar las células que nos interesan».

Ansiedad y adicción

El enorme potencial de esta técnica podría llegar hasta el desarrollo de formas de control directo del comportamiento o terapias para enfermedades neurodegenerativas.

Pero a Deisseroth, merecedor junto a los científicos Ed Boyden y Gero Miesenbök del Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina por desarrollar la optogenética, le gusta resaltar que se trata, ante todo, de «una herramienta para el conocimiento básico», en concreto del cerebro.

La invasividad del procedimiento -que de momento solo se emplea en ratas y ratones- parece el principal escollo. Pero, yendo un poco más allá, la pregunta surge por sí sola: ¿cómo se van a desarrollar terapias dirigidas al cerebro si el conocimiento que se tiene de él es aún muy limitado?

Deisseroth apunta que la optogenética ya ha propiciado algunos descubrimientos sorprendentes y ha dado pie al desarrollo de terapias basadas en ese nuevo conocimiento.

Por ejemplo, con métodos opto genéticos se ha hallado una conexión clave entre dos áreas: desde la corteza pre frontal ventral hasta la amígdala basal medial. «Resulta que esta vía es un supresor muy poderoso de las respuestas de ansiedad y miedo», señala Deisseroth, quien añade que este conocimiento podría inspirar nuevas terapias de distinta índole frente a la ansiedad y el estrés postraumático.

En el caso de la adicción a la cocaína, la optogenética ya ha generado una posible terapia. En experimentos con ratas se apreció la implicación de la corteza pre frontal dorso lateral en la adicción a la cocaína, cuya estimulación optogenética hacía que los animales perdiesen interés en la droga.

Un ensayo con 30 personas adictas ha mostrado resultados similares con un método de intervención mucho menos invasivo: la estimulación magnética transcraneal.

julio 7/2016 (Diario Médico)

]]> https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2016/07/08/la-optogenetica-ilumina-las-terapias-cerebrales/feed/ 0 https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2015/09/19/emplean-ultrasonidos-para-manipular-las-neuronas/ https://boletinaldia.sld.cu/aldia/2015/09/19/emplean-ultrasonidos-para-manipular-las-neuronas/#comments Sat, 19 Sep 2015 06:02:36 +0000 http://boletinaldia.sld.cu/aldia/?p=44977

Científicos del Instituto Salk, , en La Jolla (California), han probado en un modelo animal un método de activación celular basado en la utilización de ultrasonidos que podría superar a la optogenética.
Los investigadores han desarrollado una nueva forma de activar selectivamente células del cerebro, el corazón, los músculos y otras células por medio de ondas ultrasónicas.

Este nuevo método puede tener ventajas sobre el enfoque basado en la luz conocido como optogenética, especialmente cuando se trata de adaptar la tecnología a la terapéutica humana, como se detalla en un estudio que se publica en «Nature Communications«.

«Las técnicas basadas en luz son excelentes para algunos usos y creo que vamos a seguir viendo avances en ese frente», dice el autor principal del estudio, Sreekanth Chalasani, profesor asistente en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk. «Pero se trata de una nueva herramienta adicional para manipular las neuronas y otras células en el cuerpo», añade.

En la optogenética, los investigadores añaden proteínas de los canales sensibles a la luz a las neuronas que desean estudiar. Iluminando mediante un láser las células, se pueden abrir selectivamente estos canales, o bien activar o silenciar las neuronas diana. Pero el uso de un enfoque optogenético en las células profundas del cerebro es difícil: por lo general, los científicos tienen que realizar cirugía para implantar un cable de fibra óptica para poder llegar a las células, además de que la luz se dispersa por el cerebro y por otros tejidos en el cuerpo.

Chalasani y su equipo se propusieron ver si podían desarrollar un enfoque que se basara en las ondas de ultrasonidos para la activación. «En contraste con la luz, los ultrasonidos de baja frecuencia pueden viajar a través del cuerpo sin ningún tipo de dispersión», destaca. «Esto podría ser una gran ventaja cuando se quiere estimular una región profunda del cerebro sin afectar a otras zonas», añade Stuart Ibsen, investigador posdoctoral en el laboratorio de Chalasani y otro de los autores del trabajo.

El equipo de científicos mostró primero que, en el nemátodo «Caenorhabditis elegans», se necesitaban microburbujas de gas fuera del gusano para amplificar las ondas de ultrasonidos de baja intensidad. «Las microburbujas crecen y se encogen en sintonía con la presión de las ondas de ultrasonidos -señala Ibsen-. Entonces, estas oscilaciones pueden propagarse de forma no invasiva en el gusano».

Apertura de canales iónicos
A continuación, encontraron que un canal iónico de membrana, TRP-4, puede responder a estas ondas. Cuando las deformaciones mecánicas de la ecografía golpean las burbujas de gas que se propagan en el gusano, hacen que se abran los canales TPR-4 y se active la célula. El equipo trató de añadir el canal TRP-4 a las neuronas que normalmente no lo tienen, de forma que las neuronas que normalmente no reaccionan a los ultrasonidos se activaron con éxito.

Hasta el momento, esta técnica solo se ha aplicado a neuronas de «C. elegans», pero TRP-4 podría añadirse a cualquier tipo de célula sensible al calcio en cualquier organismo, incluyendo los humanos, según Chalasani. Entonces, las microburbujas pueden inyectarse en el torrente sanguíneo y distribuirse por todo el cuerpo, un enfoque que ya se utiliza en algunas técnicas de imagen humanas.

Así, los ultrasonidos podrían alcanzar de forma no invasiva cualquier tejido de interés, incluyendo el cerebro, siendo amplificado por las microburbujas, y activar las células de interés a través de TRP-4. Y muchas células en el organismo humano, señala Chalasani, pueden responder a los flujos de calcio promovidos por TRP-4. «El verdadero premio será ver si esto podría funcionar en un cerebro de mamíferos», dice Chalasani, cuyo equipo ya ha comenzado a probar el enfoque en ratones.
septiembre 18/2015 (Diario Médico)

Señala el investigador Martin Fussenegger que, por primera vez, se ha podido utilizar las ondas cerebrales humanas, transferirlas de forma inalámbrica a una red de genes y regular así la expresión de un gen en función del tipo de pensamiento.

El dispositivo, controlado por los pensamientos de varias personas, ha sido probado inicialmente en cultivos de células humanas y en ratones.

Los investigadores utilizaron una proteína humana fácil de detectar, la fosfatasa alcalina secretada, que se difunde desde una diminuta cámara de cultivo del implante al torrente sanguíneo del ratón.

La fuente de inspiración, según dicen, fue el juego Mindflex, salido al mercado en 2009 y que aparentemente utilizaba las ondas cerebrales para hacer levitar una pelota.

En su trabajo, los investigadores utilizaron, al igual que en el juego, un casco para medir, mediante un electroencefalograma. Las ondas cerebrales se analizan y transmiten a través de «Bluetooth» a un dispositivo que genera un campo electromagnético.

Según la ley de Faraday, ese campo electromagnético genera una corriente eléctrica, que va a una lámpara LED que emite luz en el rango del infrarrojo cercano. Esa luz pone en funcionamiento a unas células modificadas genéticamente para producir proteínas.

Para su labor, los investigadores utilizaron una tecnología reciente, la optogenética, que permite activar y desactivar células a voluntad. Cuando la luz infrarroja se enciende, una proteína sensible en las células modificadas genéticamente hace de interruptor y activa genes que desencadenan la producción de fosfatasa alcalina secretada.

Los estudiosos eligieron la luz del infrarrojo cercano pues no es perjudicial para las células humanas, puede penetrar profundamente en el tejido y permite rastrear a simple vista el funcionamiento del implante. El sistema impulsado por las ondas cerebrales funciona de manera eficiente y efectiva en cultivo de células humanas y en ratones.

De acuerdo con los científicos, en un futuro este dispositivo podría ayudar a combatir enfermedades neurológicas como los dolores de cabeza crónicos o la epilepsia.
noviembre 12/2014 (PL)

Tomado del Boletín de Prensa Latina Copyright 2014 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.
 

Estos trabajos, fruto de una estrecha colaboración entre el instituto  japonés Riken y el Massachussets Institute of Technology (MIT) estadounidense,  se apoyan sobre una nueva tecnología de control del cerebro a través de la luz,  llamada «optogenética», para comprender mejor qué pasa cuando rememoramos  buenos o malos momentos y si se puede modificar el valor (positivo o negativo)  asociado a un recuerdo.

Los resultados demuestran que la interacción entre el hipocampo, parte del  cerebro que tiene un rol central en la memoria, y la amígdala cerebral, grupo  de neuronas que sería una especie de cámara de almacenamiento de reacciones  positivas y negativas, es más flexible de lo que se pensaba hasta ahora.

Para alcanzar tales conclusiones, los investigadores inyectaron una  proteína de una alga sensible a la luz a dos grupos de ratones machos. De esta  manera pudieron seguir la formación de una inscripción en la memoria en tiempo  real, que reactivaron a su antojo gracias a impulsos luminosos.

Algunos roedores fueron autorizados a jugar con hembras con el objetivo de  crear un recuerdo cuyas connotaciones fueran positivas, mientras que a sus  camaradas, por el contrario, se les aplicaba un desagradable choque eléctrico.

-Transformar repulsión en atracción-

En una segunda etapa, los científicos les hicieron revivir estos recuerdos  artificialmente, sometiéndolos de manera simultánea a la experiencia opuesta:  los ratones agradablemente estimulados recibieron un choque eléctrico, mientras  que los otros tuvieron la sorpresa de encontrarse con las hembras.

La nueva experiencia fue superada por la emoción inicial. «Hicimos una  prueba en la primera jaula y el temor original había desaparecido», describe  Susumu Tonegawa, Premio Nobel de medicina en 1987.

Sin embargo, este fenómeno solo pudo observarse actuando sobre el  hipocampo, sensible al contexto circundante, mientras que no fue posible  influenciar en la amígdala.

Los investigadores, que ya habían publicado trabajos sobre inscripciones en  la memoria de falsos recuerdos en los ratones, esperan que sus descubrimientos  del cambio de valencia positiva a negativa (de atracción a repulsión) y  viceversa, harán avanzar la investigación médica sobre las enfermedades de tipo  trastornos depresivos o postraumáticos, que afectan en particular a los  militares.

En el futuro, Tonegawa aspira a poder «controlar las neuronas con una  tecnología sin cable, sin herramientas intrusivas como los electrodos y  potencialmente poder hacer aumentar el número de recuerdos positivos respecto a  los negativos».

Queda aún por probar que esta inversión de emociones asociadas a un  recuerdo funciona de igual manera en los seres humanos que en los ratones,  aunque ya se sabe que los procesos amnésicos (asociados a la memoria) se  conservan a lo largo de la evolución de las especies.

En un comentario publicado por «Nature«, los investigadores Tomonori Takeuchi  y Richard Morris de la universidad de Edimburgo (Escocia) consideran que este  estudio echa nueva luz sobre los mecanismos de la memoria, aunque señalan los  límites de la optogenética en la materia.
septiembre 3/2014 (AFP)

Tomado del Boletín de Prensa Latina Copyright 2014 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Según un artículo de la revista Science (doi: 10.1126/science.1234733.), expertos de la Stanford University School of Medicine y del Massachusetts Institute of Technology (MIT) emplearon técnicas de optogenética para explorar las causas subyacentes de un trastorno aún sin tratamiento efectivo.

Mediante la optogenética, método que emplea luz de fibra óptica para manipular señales eléctricas y bioquímicas en el cerebro, ambos equipos sugirieron que el TOC podría estar causado por pequeños, pero repetidos brotes de actividad neuronal anormal.

Tales trastornos se caracterizan por pensamientos indeseados e invasivos (obsesiones) y comportamiento repetitivo y ritualista (compulsiones), que pueden limitar a los millones de personas afectadas mundialmente.

El equipo de Stanford, coordinado por Susanne Ahmari, implantó opto-electrodos en cerebros de ratas y los utilizaron para simular neuronas en las regiones de la corteza orbitofrontal y el estriado ventromedio, previamente asociados con el TOC.

La estimulación optogenética repetitiva de dichas regiones apenas cinco minutos diarios durante varios días causó que los ratones incrementaran un comportamiento obsesivo-compulsivo denominado acicalamiento.

Tal actitud persistió en los ratones durante dos semanas tras la estimulación optogenética y, según los investigadores, al sexto día las neuronas en la corteza orbitofrontal y el estriado ventromedio se disparó sin necesidad de un detonante externo.

Asimismo, observaron que la fluoxetina, que es el tratamiento de primera línea para el TOC, podría ser utilizada para detener el comportamiento obsesivo compulsivo.

A su vez, Eric Burguiare y colegas del MIT utilizaron técnicas de optogenética para bloquear el comportamiento repetitivo y compulsivo en ratones diseñados genéticamente para que les faltara el gen Sapap3, causante de un acicalamiento excesivo.

Algunos de los síntomas más frecuentes del TOC son las obsesiones y fobias, ideas agresivas o de contenido sexual, la escrupulosidad y religiosidad excesiva, la necesidad de simetría y las compulsiones, entre otras muchas.
junio 6/2013 (PL)

Tomado del boletín de selección temática de Prensa Latina: Copyright 2013 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.»

Ahmari SE, Spellman T, Douglass NL, Kheirbek MA, Simpson HB, Deisseroth K. Repeated cortico-striatal stimulation generates persistent OCD-like behavior. Science. 2013 Jun 7;340(6137):1234-9.

La optogenética ha dado un paso que podría cambiar el estudio de la neurología: un grupo de investigadores ha demostrado que se puede controlar el comportamiento en monos mediante el uso de pulsos de luz azul para activar de unas células cerebrales muy concretas, según se publica en la edición electrónica de Current Biology.

El hallazgo permitirá establecer las conexiones causales entre la actividad cerebral y el comportamiento.

«Se abre una puerta para la utilización de la optognética en una larga escala de investigación con primates y para comenzar a desarrollar terapias con humanos que se basen en la optogenética», señala Wim Vanduffel, del Hospital General de Massachusetts, de Boston (Estados Unidos), y de la Facultad de Medicina de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica). Basándose en sus descubrimientos, los investigadores apuntan que este control mental basado en luz podría funcionar también en humanos con fines terapéuticos en enfermedad de Parkinson, adicciones, depresión, trastorno obsesivo compulsivo y otras condiciones neurológicas.

En optogenética se hace que las neuronas reaccionen a la luz a partir de la inserción de genes sensibles lumínicamente derivados de organismos microbianos particulares. En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en neuronas que controlaran los movimientos oculares. Al unir las técnicas de optogenética con la imagen de resonancia magnética funcional, comprobaron que podían emplear la luz para activar esas neuronas, generando actividad cerebral y cambios sutiles en el comportamiento del movimiento ocular.

También han encontrado que la estimulación optogenética de esta región cerebral produce cambios en la actividad de redes neuronales específicas localizadas a cierta distancia de la localización primaria de la activación lumínica.

«Ciertos desórdenes neurológicos se pueden atribuir a un mal funcionamiento de un tipo específico de células en regiones cerebrales también concretas», concluye Vanduffel. Y precisamente «la belleza de la optogenética se halla en que, a diferencia de otras metodologías, se puede afectar la actividad de un tipo específico de células sin necesidad de tener que variar al resto».
agosto 10/2012 (Diario Médico)

Annelies Gerits, Reza Farivar, Bruce R. Rosen, Lawrence L. Wald, Edward S. Boyden, Wim Vanduffel. Optogenetically Induced Behavioral and Functional Network Changes in Primates. Current Biology; publicado julio 2012, DOI 10.1016/j.cub.2012.07.023.