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Ingeniería genética

Después de más de una década, la optogenética avanza paralelamente al gran sueño de los neurobiólogos: controlar selectivamente la actividad neuronal, enfermedades psiquiátricas y otros padecimientos de manera más efectiva

Se conoce como optogenética al desarrollo y combinación de métodos genéticos y ópticos para controlar reacciones específicas en ciertas células de tejidos vivos. Foto: Archivo
Ciencia y Salud 02/05/2016 00:10 Berenice González Durand Actualizada 09:30
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La mirada simplemente parece vaciarse. No hay placer ni esperanza. Un paciente con depresión vive con una angustia constante que lo incapacita, de hecho la OMS considera que este padecimiento es la principal causa mundial de discapacidad, con alrededor de 350 millones de personas afectadas.

En este sentido la neurobiología tiene todavía mucho que descubrir sobre las conexiones neuronales que ayudan a determinar, entre muchas otras cosas, el comportamiento y los estados de ánimo que se trastocan ante la diversa gama de enfermedades psiquiátricas que parecen haber aumentado en los últimos tiempos y cuyos tratamientos estándar, en la mayoría de los casos, se reduce a cócteles de medicamentos con resultados variables.
Una de las grandes y más recientes aportaciones al campo de las neurociencias es la optogenética que  tiene que ver precisamente con un mejor estudio del cerebro, el órgano que realiza las funciones más complejas a través de las conexiones de sus alrededor de 100 mil millones de neuronas.

Tal como su nombre lo sugiere, se conoce como optogenética al desarrollo y combinación de métodos genéticos y ópticos para controlar reacciones específicas en ciertas células de tejidos vivos.
La optogenética avanza paralelamente al gran sueño de los neurobiólogos: controlar la actividad neuronal de forma selectiva y con ello luchar de manera más eficaz contra los trastornos que se gestan en nuestro cerebro.   
Después de más de una década de haberse publicado sus primeros resultados, el desarrollo de la optogenética se ha mantenido en diversos laboratorios del mundo, brindando nuevas esperanzas para el tratamiento de enfermedades como depresión, ansiedad, parkinson, autismo y esquizofrenia, entre otras.

Los diferentes grupos de especialistas que trabajan con estas nuevas herramientas científicas también han encontrado beneficios para el tratamiento de las adicciones, enfermedades neurodegenerativas, trastornos de la alimentación e incluso algunas enfermedades relacionadas con el funcionamiento del corazón y de la vista.


Los misterios de la corteza prefrontal
Recientemente estuvo en nuestro país el doctor Ofer Yizhar, especialista del Departamento de Neurobiología del Instituto de Ciencia Weizmann en Israel. Yizhar centra sus investigaciones en desentrañar los misterios de la corteza prefrontal, un complejo laboratorio al interior de nuestra cabeza donde ocurren muchas de las funciones cerebrales superiores, como el lenguaje, la regulación emocional y el comportamiento dirigido a un objetivo. Esta es también una de las regiones más fuertemente relacionada en varios tipos de enfermedades psiquiátricas.
“Sabemos que hay cambios que pueden ocurrir en la corteza prefrontal y que se manifiestan en enfermedades psiquiátricas.

Por ejemplo hay evidencias de pacientes esquizofrénicos que muestran fuertes indicadores de una conexión entre su enfermedad y esta zona del cerebro. Los cambios parecen registrarse específicamente en ciertos tipos de neuronas”, señala el científico y explica que en el cerebro, en general, algunas neuronas  se encargan de excitar a otras, de activarlas; mientras que hay otras que inhiben, que suprimen esta actividad.

En este sentido Yizhar señala que  los cambios sufridos en la esquizofrenia, así como en otros trastornos psiquiátricos, parecen estar específicamente relacionados con la actividad inhibitoria de las neuronas y eso es algo en los que Yizhar ha concentrado sus estudios.

“Este es uno  de los más importantes descubrimientos en torno a esta enfermedad y el cerebro. Hasta hace muy poco, uno de los problemas era que los investigadores no teníamos buenos métodos para hacer preguntas sobre el papel de determinado tipo de neurona, sobre cómo afecta en le desarrollo de una enfermedad específica”, comenta  Yizhar, quien  encontró en la optogénetica las herramientas precisas para elaborar estos cuestionamientos. 

Yizhar cuenta que cuando era estudiante le sorprendieron los resultados publicados de una investigación que utilizaba la luz para manipular la actividad neuronal.

“La manera de hacerlo era tomar un gen de un alga que podía detectar la luz y al ponerlo en las neuronas, estas se activaban. Esta es una muy simple explicación sobre la forma en que actúa la optogenética”.

En una explicación más detallada se define a la  optogenética como una técnica  que se basa en el uso de proteínas microbianas que pueden ser activadas por la la emisión de luces de alta precisión, es así que en el laboratorio de Ofer Yizhar se insertan estas proteínas sensibles a la luz en una selección de neuronas para probar diversas hipótesis con respecto a la disfunción de circuitos neuronales asociados a ciertas enfermedades.

Cada año los científicos son  capaces de probar con mayor precisión diferentes  sistemas de señalización bioquímica y entender mejor el funcionamiento de las neuronas.
De algas y bacterias “iluminadas”
La investigación precursora de estos trabajos es la publicada por el doctor Karl Deisseroth en 2005.

El organismo unicelular que inspiró estos trabajos es la Chlamydomonas reinhardtii, un alga unicelular de 10 micrómetros de diámetro que nada con dos flagelos y que tiene la capacidad de desplazarse hacia una fuente de luz.

El trabajo de este investigador empezó a “germinar” en varios laboratorios del mundo y de hecho fue nombrado como uno de los estudios más relevantes en neurociencias de los últimos años.

De hecho, a inicios de este año, Deisseroth recibió el premio  Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina, mientras Ed Boyden, catedrático del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) celebraba la decisión diciendo  que si imaginamos al cerebro como una computadora, “la optogenética sería como  un teclado que nos permite enviarle al cerebro  instrucciones muy precisas”.
El desarrollo de la ingeniería genética ha privilegiado esta técnica que implica también un fuerte  trabajo multidisciplinario qué vincula además  a especialistas en óptica, láser, comportamiento animal y fisiología, entre otros.

“Cada vez que se logra este proceso en el laboratorio es muy impresionante, pues el  efecto que tienen las neuronas ante el impulso luminoso es inmediato. Ahora la pregunta es cuál es la contribución de este tipo de neuronas en el cerebro, en la conducta específica de los individuos”. 
El especialista explica que el trabajo que desarrolla es ciencia básica, pero enfocada a investigar la forma en que actúa el cerebro respecto a las enfermedades psiquiatras. Así que la pregunta clave es cómo opera el cerebro porque entendiendo cómo funcionan los circuitos neuronales  en estado sano, se pueden entender los cambios que ocurren durante la enfermedad.
Para la realización de estas investigaciones, en el laboratorio de Yizhar se trabaja con modelos animales. “Los ratones  intervenidos mediante la ingeniería genética tienen mutaciones que sabemos que causan enfermedades en los humanos, como la que causa autismo, por ejemplo”, señala el científico y explica que se puede encontrar el mismo gen o un homólogo en el ratón y esto funciona para observar qué cambia en el organismo vivo, en su cerebro. 
“Podemos observar cómo afecta la mutación, del autismo su comportamiento social, la memoria, las emociones, la regulación de la atención. Todos estos cambios suceden en los humanos, pero también se pueden detectar en los ratones. Creemos que las neuronas humanas deberían responder en el mismo modo que con los modelos animales, no tendría que haber cambios significativos”, comenta.
Yizhar señala que el reto inmediato de los científicos es detectar cuáles circuitos de neuronas son las que se tienen que manipular para aliviar los síntomas de una enfermedad.

El investigador explica que  en el caso del Parkinson cuando la enfermedad esta muy avanzada ya no hay respuesta a los tratamientos farmacológicos y se vuelven candidatos a una Estimulación Cerebral Profunda (DBS), un tratamiento neuroquirúrgico estándar para tratar de disminuir los daños motores de la enfermedad como rigidez, temblores y episodios de desvanecimiento y discinesias.

“La DBS es una técnica que en ocasiones puede tener buenos resultados, pues dejan de estar inmovilizados ; pero en muchos casos las operaciones no tienen el efecto deseado”, apunta. 
Creo que teóricamente si supiéramos en cuáles poblaciones de neuronas radica el efecto terapéutico y cuáles debemos evitar porque su manipulación puede tener un efecto contraproducente, entonces podríamos realizar las aplicaciones de optogenética de manera más dirigida, que simplemente un estimulo eléctrico no selectivo”.
Finalmente las grandes ventajas de estos métodos es que ofrecen nuevas herramientas para investigar directamente las funciones neuronales, pero también para intentar  abrir las puertas a tratamientos y medicamentos más certeros para enfrentar las enfermedades relacionadas con el cerebro que van mermando dolorosa y paulatinamente las capacidades del ser humano.

 

kal

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