Nace una neurociencia que revolucionará el conocimiento del cerebro: la optogenética

Permitirá tratar numerosas enfermedades actuales

Los neurocientíficos Edward Boyden, Karl Deisseroth y Gero Miesenbök

Ha tenido que llegar en la última década esta nueva disciplina para lograr manipular con alta precisión la actividad de grupos neuronales, definidos por su genética, anatomía y función, uno de los grandes retos de la neurociencia.

Lo más probable es que la mayoría de las personas no hayan oído hablar de la optogenética por ser una joven neurociencia, que, según los investigadores que trabajan en ella, en pocas décadas revolucionará el conocimiento de numerosos misterios del cerebro, con el fin de tratar incurables enfermedades actuales (Alzheimer y otras demencias, Parkinson, ceguera, adicciones, distintos procesos neurológicos y psiquiátricos, entre otros) y entender el sustrato biológico de las emociones y la personalidad.

La tecnología para escuchar la actividad cerebral ha ido mejorando paulatinamente merced a avances en la miniaturización de la electrofisiología y el perfeccionamiento de la imagen de la resonancia magnética (RM), por ejemplo. No obstante, la capacidad para manipular artificialmente la actividad cerebral y, así, poder entender su función en circuitos y comportamiento cerebrales estaba muy limitada al distinguir unas neuronas de otras. Ha tenido que llegar en la última década la optogenética a fin de poder manipular con alta precisión la actividad de grupos neuronales, definidos por su genética, anatomía y función. Uno de los grandes retos que tiene planteados la joven neurociencia es cómo seleccionar las neuronas más relevantes entre los aproximadamente 86.000 millones que existen en el cerebro.

    

La nueva neurociencia estudia dónde y por qué se originan las adicciones, descubrir la zona del cerebro que controla el comportamiento agresivo y conocer los mecanismos que regulan la actividad sueño y vigilia

Desentrañar dónde y por qué se originan las adicciones, descubrir la zona del cerebro que controla el comportamiento agresivo y conocer los mecanismos que regulan la actividad sueño y vigilia son tres grandes aspectos que están siendo estudiados con la ayuda de las herramientas de la optogenética  por los científicos, respectivamente, Karl Deisseroth, catedrático de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de la universidad de Stanford, de San Francisco, California (EE UU); Edward Boyden, catedrático de Ingeniería Biológica y del Cerebro del prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (conocido como MIT, según sus siglas en inglés), de Boston, Massachusetts (EE UU), y Gero Miesenböck, premio Nobel de Medicina en 2013, catedrático de la universidad de Oxford (Reino Unido) y director-fundador del Centro de Circuitos Neuronales y Desarrollo (CNBC, según sus siglas en inglés), de la misma universidad. Los tres han viajado a España para recoger los premios Fronteras del Conocimiento, que en su octava edición ha concedido la Fundación BBVA en su sede de Madrid.

Grosso modo, esta neurociencia, que toma su nombre de las dos disciplinas en las que se basa (óptica y genética) y en 2010 la revista Nature la designó el método científico del año, consiste en activar con luz, láser o LED,  grupos seleccionados de neuronas a las que se les ha introducido una proteína sensible a la luz. Los tres galardonados, padres intelectuales de la optogenética, sostienen que por el momento “hay limitaciones para trascender de la investigación básica a la clínica y aplicarla al cerebro humano, al tratarse de un método cruento, ya que es necesario introducir un cable de fibra óptica para llevar la luz al cerebro y ello obligaría a practicar incisiones craneales, lo que significa que antes debemos garantizar la seguridad total de su empleo y evaluar si el valor de la información que aportaría justificaría su uso”.

Primeros ensayos clínicos

No obstante, en Estados Unidos ya han dado comienzo los primeros ensayos clínicos en la ceguera por retinosis pigmentaria, una enfermedad en la que se destruyen las células de la retina sensibles a la luz. El tratamiento en estudio se basa en restaurar la función retiniana a fin de formar otro tipo de células fotosensibles que no puedan ser destruidas. Está previsto que en breve empiecen otras investigaciones frente a ciertos tipos de dolor y de sordera; en este último caso se accederá a neuronas muy próximas al oído como técnica mínimamente invasiva, algo que hasta ahora solo se estaba haciendo en animales de experimentación.

    

Posiblemente podamos utilizar la optogenética para controlar el dolor postquirúrgico o algunos tipos de ceguera, por ejemplo. Pero nos queda más tiempo para su aplicación terapéutica en procesos como el Alzheimer, el Parkinson o la epilepsia

 

Para el doctor Deisseroth, de la Universidad de Stanford, las aplicaciones médicas más próximas son las que afectan al sistema nervioso periférico, no al central (cerebro y médula espinal): “Esto significa que posiblemente podamos utilizar la optogenética para controlar el dolor postquirúrgico o algunos tipos de ceguera, por ejemplo. Pero nos queda más tiempo para su aplicación terapéutica en procesos como el Alzheimer, el Parkinson o la epilepsia, puesto que hay que intervenir en regiones muy concretas y profundas. Y también en patologías psiquiátricas, como la esquizofrenia, la depresión o las adicciones; sobre estas últimas tenemos resultados muy prometedores en modelos animales. Del mismo modo, nos ayudará a entender el sustrato biológico de las emociones y la personalidad. Sin embargo, a pesar de que somos, y hay que que ser muy cautos, estamos muy esperanzados, porque la profundización en los conocimientos de una ciencia tan joven nos abrirá un horizonte infinito de posibilidades reales a no muy largo plazo”.

Se siente muy satisfecho de que gracias a la ayuda de la optogenética se haya obtenido información muy relevante para el desarrollo de terapias específicas, de estimulación, conversación o farmacológicas, para algunas enfermedades mentales. “Y sobre todo”, agrega, “para el hallazgo de una estructura del cerebro implicada en el miedo y la ansiedad, que es amígdala, y estudiar como vía antiansiedad, así como otra en ratones, que controla la agresividad; ambas, de gran importancia en el mundo moderno”.

Este experto, miembro del comité asesor del Proyecto Brain, promovido por el presidente de Estados Unidos Barack Obama, advierte de las eventuales implicaciones éticas de la posibilidad de controlar conductas. “La optogenética ofrece el control específico”, explica, “del proceso cognitivo y del comportamiento en tiempo real, al que puede ser muy inquietante. Biólogos experimentales y médicos han tenido durante mucho tiempo la facultad de cambiar conductas mediante intervenciones genéticas, farmacológicas, eléctricas e incluso ambientales, de ahí que en lo fundamental nuestra ciencia no plantee cuestiones éticas nuevas. Pero cuanto más precisa sea la intervención, y a medida que más rápidamente avance el control de los circuitos neuronales que participan en las conductas, más necesario se hace debatir estas cuestiones desde el punto de vista ético, legal, filosófico, educacional”.

De la observación a la intervención

De la misma opinión participa su colega el doctor Miesenböck, de la misma universidad, cuando recuerda que  en 2014 apareció entre los diez avances científicos anuales en Science por un hallazgo del Massachusetts Institute Technology (MIT), “por transformarse en una disciplina de observación a otra de intervención”. Está centrado en el estudio de los circuitos cerebrales que ofrecen información sobre el mecanismo del sueño y la vigilia y confiesa que una de sus motivaciones para estudiar la optogenética fue querer entender cómo la materia biológica genera las emociones o los estados de ánimo: “Si creando patrones específicos de actividad eléctrica en el cerebro lográramos formar percepciones, recuerdos o emociones, tendríamos una poderosa herramienta para descubrir las señales neuronales que subyacen a estos aspectos de la vida mental”.

El ingeniero Boyden, del MIT de Boston, está inmerso en la búsquedas de tecnologías para mapear el cableado del cerebro y descifrar cómo se mueve la información cuando el cerebro está en acción: “En este órgano todo es mucho más complejo de lo que imaginamos. Mi esperanza es que en las próxima décadas conozcamos su estructura, la visualicemos en acción y controlemos la células cerebrales individualmente. Entonces podríamos hacer modelos computacionales y comprender cómo emergen los pensamientos y las emociones de la red de circuitos cerebrales”. Boyden confía en que entonces se podrían hacer modelos computacionales y comprender cómo emergen los pensamientos y las emociones y, de  este modo, incluso se podrían identificar las zonas clave responsables de las enfermedades mentales, que ayudarían a encontrar nuevos y más eficaces tratamientos. 

Fuente: bez, lo que debes saber