Luz y nanopartículas para estimular las profundidades del cerebro
La optogenética es un método prometedor que usa la luz y los avances genéticos para estudiar las enfermedades cerebrales. El problema es que requiere el uso de invasivas sondas para llegar hasta las neuronas objetivo. Ahora científicos del instituto RIKEN de Japón han comprobado que se puede aplicar luz externa para estimular el cerebro de un ratón con la ayuda de nanomateriales.
Activación no invasiva de las neuronas en el centro de recompensa del cerebro del ratón, usando proteínas flourescentes g-Fos y EYFP y nanopartículas UCNP. / Dr. Shuo Chen y Dr. Thomas J. McHugh
En los últimos años se han comenzado a usar neuronas con elementos modificados genéticamente para que se activen o inhiban como respuesta a la luz, un campo denominado ‘optogenética’ que ha producido importantes avances para conocer los mecanismos subyacentes a la función y las enfermedades del cerebro.
Las nanopartículas interactúan con la luz infrarroja y esta se convierte en las ondas de luz azul-verde necesarias para la estimulación neuronal
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, por sus siglas en inglés), 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.
La luz infrarroja cercana (NIR) atraviesa el tejido cerebral de forma no invasiva y activa las neuronas a través de las nanopartículas. / Dr. Shuo Chen y Dr. Thomas J. McHugh
"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”.
Referencia bibliográfica:
S. Chen et al. “Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle–mediated optogenetics”. Neus Feliu, Erwin Neher, Wolfgang J. Parak. “Toward an optically controlled brain”. Science, 8 de febrero de 2018
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