Los científicos del MIT han desarrollado una técnica optogenética que puede provocar cambios a largo plazo en la excitabilidad neuronal mediante la alteración de la capacitancia de la membrana neuronal. A diferencia de la optogenética convencional, que implica el uso de luz para activar rápidamente canales iónicos en neuronas diseñadas, la nueva técnica se basa en una reacción sensible a la luz para aumentar la presencia de polímeros conductores o aislantes en la membrana celular. El método crea cambios a largo plazo en la excitabilidad neuronal y no requiere iluminación continua para mantener estos cambios. El método pretende ser principalmente una herramienta de investigación que pueda aumentar nuestra comprensión del cerebro y las enfermedades neurológicas, pero también puede tener aplicaciones terapéuticas en el futuro.
La optogenética se desarrolló por primera vez hace unos 20 años. La técnica de investigación utiliza neuronas modificadas genéticamente para expresar canales iónicos sensibles a la luz y luego los ilumina para provocar una activación neuronal rápida e inmediata. Sin embargo, si bien la optogenética convencional es útil, aún se puede mejorar.
"Al usar luz, puedes abrir o cerrar estos canales iónicos, y eso a su vez excitará o silenciará las neuronas", dijo Chanan Sessler, investigador del MIT involucrado en el estudio. “Eso permite una respuesta rápida en tiempo real, pero significa que si quieres controlar estas neuronas, tienes que estar iluminándolas constantemente”.
¿Qué pasaría si pudieras iluminar una neurona solo una vez y crear un cambio a largo plazo en la excitabilidad? Este es el objetivo de esta última técnica. Los investigadores lograron esto modificando la capacitancia eléctrica de la membrana neuronal. Esto implica diseñar las neuronas para que expresen una proteína sensible a la luz que produce especies reactivas de oxígeno cuando se exponen a la luz. Durante esta iluminación, los investigadores también exponen las neuronas a bloques de construcción de polímeros, ya sea aislantes o conductores. Las especies reactivas de oxígeno ayudan a ensamblar los bloques de construcción del polímero dentro de la membrana celular, alterando su capacitancia. Hasta ahora, los investigadores han demostrado que este enfoque conduce a cambios en la excitabilidad neuronal durante hasta tres días, que es el tiempo más largo que pueden mantener vivas las células en un plato.
El enfoque tiene potencial tanto de investigación como terapéutico. "Esta nueva herramienta está diseñada para ajustar la excitabilidad de las neuronas hacia arriba y hacia abajo de una manera controlable con luz y a largo plazo, lo que permitirá a los científicos establecer directamente la causalidad entre la excitabilidad de varios tipos de neuronas y los comportamientos animales", dijo Xiao Wang, otro investigador involucrado en el estudio. "La aplicación futura de nuestro enfoque en modelos de enfermedades dirá si el ajuste fino de la excitabilidad de las neuronas podría ayudar a restablecer los circuitos cerebrales anormales a la normalidad".
Estudio en avances científicos : polimerización optogenética y ensamblaje de polímeros eléctricamente funcionales para la modulación de la excitabilidad de una sola neurona.
Imagen: MIT News, con iStockphoto.
Vía: MIT
