Apuntes científicos desde el MIT

Apuntes científicos desde el MIT

Este Blog empezó gracias a una beca para periodistas científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Boston, donde pasé un año aprendiendo ciencia con el objetivo de contarla después. Ahora continúa desde Nueva York buscando reflexiones científicas en otras instituciones, laboratorios, conferencias, y conversando con cualquier investigador que se preste a compartir su conocimiento.

Más hitos de la neurociencia: Encender y apagar neuronas con luz

Por: | 26 de noviembre de 2008

Os presento otro de los temas más candentes en neurociencia, que más interés suscitó en el congreso de la Society for Neuroscience, y que apunta a posible revolución en el estudio y manipulación del cerebro: La activación y desactivación de neuronas específicas mediante luz óptica. Observad este video de una ratita con un agujero en el cráneo y una bombilla azul iluminando su corteza cerebral: 

Tan pronto se enciende la luz azul, la rata empieza a moverse en círculos de manera alocada. En este otro video podéis ver una rata control a la que la luz no le afecta en absoluto. Esta diferencia se debe a que a la primera, además de colocarle una bombilla en la cabeza, los científicos también han insertado algo más en las neuronas de su cortex motor derecho. Dejadme que os lo explique desde el principio y un poco a lo bruto (disculpad los neurocientíficos), porque es acoj… sorprendente: En los años 80 unos investigadores descubrieron que en la membrana celular de ciertas algas verdes había unos canales iónicos que cuando recibían luz azul, se activaban y permitían la entrada de iones cargados positivamente a la célula. Hace muy poco, otros científicos pensaron que si las neuronas tuvieran estos canales ChR2 de las algas verdes, como las señales eléctricas que recorren las neuronas se forman precisamente por la entrada y salida de iones positivos, quizás podrían activarlas a voluntad utilizando sólo luz azul. Dicho y hecho. En 2005 Ed Boyden logró transplantar el canal ChR2 a cultivos celulares de neuronas, y estimularlas a distancia con luz a la frecuencia específica del color azul. Dos años después, Kart Deisseroth de la Universidad de Stanford creó el ratón transgénico que habéis visto en el video anterior. Deisseroth le introdujo el gen que codificaba la ChR2, y ahora es el único mamífero que tiene tales canales de rhodopsina en las membranas de sus neuronas. Cuando sus neuronas motoras del córtex derecho reciben luz azul, los canales se abren, dejan entrar iones positivos, se activan de repente, y el ratón empieza a girar hacia la izquierda. Si se apaga la luz, sus neuronas vuelven al reposo y el animal se detiene. Esperad que todavía hay más. A principios de los 90 otros científicos habían descubierto un microorganismo (la arquea Natronomonas pharaonis) con un canal iónico que hacía lo contrario: al recibir luz amarilla permitía la entrada de iones negativos de cloro y detenía el potencial eléctrico. Ed Boyden pensó que este canal NpHR podía ser utilizado para desactivar neuronas, y en marzo del 2007 en su laboratorio del MIT volvió a crear neuronas que esta vez se silenciaban cuando recibían luz amarilla. Poco después Kart Deisseroth y Feng Zhang anunciaron que habían inyectado genes en el cerebro de un gusano C. elegans para que expresara el canal NpHR en sus neuronas motoras. Cuando iluminaban al gusano con luz amarilla, los canales dejaban entrar iones negativos en las neuronas, disminuía el voltaje, las neuronas se desactivaban y el gusano detenía su movimiento. Nuevo éxito, y anuncio de revolución en la neurociencia.

(el punto amarillo de la imagen es sólo una referencia del momento en que los investigadores emitían la luz. Podéis ver más videos del Caenorhabditis elegans en el material suplementario del artículo publicado en Nature) Si os estáis preguntando para qué sirve todo esto, hay dos respuestas. Una es para investigar. La posibilidad de activar y desactivar grupos específicos de neuronas a voluntad es una nueva y poderosísima herramienta de investigación para entender el funcionamiento de los circuitos cerebrales implicados en una tarea, y cómo su actividad se relaciona con conductas o capacidades determinadas. En otro artículo de nature se dice “es lo mejor que le ha pasado a la neurociencia en mucho tiempo”. La segunda respuesta, y es en lo que el grupo de neuroingeniería de Ed Boyden está trabajando , recae en las aplicaciones clínicas de esta metodología: silenciar neuronas que están hiperactivadas como ocurre en el Parkinson y la epilepsia. Actualmente se utilizan electrodos cuya acción es poco específica. Sería ideal sustituirlos por implantes ópticos que hicieran lo mismo con luz amarilla de manera más localizada. Debo confesar que en el congreso de neurociencia me explicaron que la verdadera exaltación colectiva se produjo el año pasado, ya que los resultados más espectaculares se produjeron durante el 2007. Pero también me dijeron que con esa perspectiva que ofrece el paso del tiempo, las expectativas no habían disminuido, sino todo lo contrario. De repente muchísimos grupos se han puesto a trabajar con esta novedosa tecnología. Sin duda la posibilidad de activar y desactivar células nerviosas concretas va a permitir grandes avances más allá incluso de la neurociencia, y todo apunta que algún Nobel caerá en el futuro sobre la gente que ha empezado esta campo de investigación. Yo, a partir de ahora, cuando alguien me diga que está haciendo investigación básica sobre los canales iónicos de un microorganismo de nombre irrepetible, o estudiando cómo reaccionan ciertas algas verdes a la luz azul, nunca más me atreveré a poner en duda para qué sirve. Créditos: los videos de ratitas han sido “tomados prestados” de la web del grupo de Kart Deisseroth en Stanford.

Hay 12 Comentarios

Wow! Pensando en el categoría (Visiones de futuro) en la que has englobado este post y leyendo posteriormente la entrada al completo, me he preguntado si tal vez muy en el futuro esta posibilidad de controlar células mediante luz que modifican su comportamiento se podría llegar a desarrollar tanto como para controlar un humano al completo!? Sería posible si la ciencia avanzara muy mucho en este aspecto? Porque si es que sí, miedo me daría!! Saludos! a.

Hola, a partir del enlace de Alex al artículo de Adela Cortina sobre la calidad de las humanidades y los índices de impacto en humanidades se me ocurren algún comentario. Creo que no sólo es necesario hablar de que las humanidades pueden tener otros criterios sino de establecerlos. En nuestra cultura académica no existe un consenso tácito sobre qué es un artículo de calidad, me temo que pocas veces se exigen cuestiones como: -- plantear un argumento que aporta una novedad a lo que ya se sabe -- enlazar la novedad con el campo de debate y discusión en el que se está -- estructura y estilo correctos -- metodología clara y transparente ... se podría seguir debatiendo sobre esto pero creo que la discusión sobre las faltas de ortografía en este mismo foro es un buen ejemplo de a qué se puede dedicar una comunidad académica despistada... Saludos cordiales

No todo lo que se descubre o se inventa se utiliza para el bien comun.

me quede pensando en el comentario que hice jaja dije que estaria mejor que fuera con cierta frecuencia electromagnetica en vez de con una lamparita de LUZZZZZZZ (freciencua electromagnetica) jajajaj no tiene sentido lo que dije :P ya que ya sucede asi... un flash! concuerdo con el resto, que la columna esta exelente

Realmente sorprendente.¿Pero como aplicarlo al Parkinson o a otras dolencias neurológicas? Las membranas de las neuronas humanas no expresan ese canal iónico porque no tienen esos genes.Luego habría que hacer humanos transgénicos. O conocer con precisión cuál es la causa del Parkinson ( no los muchos mecanismos implicados en su producción o manifestación) pero cáspitas, ya creo que es interesante.

Que ironías tiene la vida. Siempre hemos identificado el encendido de una bombilla con haber tenido (previamente) una idea. Ahora resulta que lo que podría pasar en el futuro es que encendieran una bombilla y, entonces, después, tuvieramos una idea. Inversión de la causa y la consecuencia. Siento no tener nada más que aportar que este pobre comentario. Pere, a ver si te animas con algo de química. Químicos, a ver si nos animamos con algo para Pere. Saludos Santi

Esto es muy interesante. La posibilidad de activar selectivamente células nerviosas utilizando algo tan sencillo como la luz me parece increíble. Sin embargo, qué pena me dan las ratitas... una vez trabajé en un laboratorio donde estudiaban señales cerebrales del sueño de ratitas y era terrible. Ellas no sufren, por supuesto, todo cumple un protocolo, pero al final del experimento las matan porque es más barato hacer eso que sacarles los electrodos, cerrarles la cabeza y enviarlas a algún "centro de retiro para ratitas".

más allá del tema de hoy, ésta es - lejos - la mejor columna de ciencias en castellano. felicitaciones. le deseo larga vida.

Pere! ¡Qué interesante! A raíz de tu post acabo de colgar yo otro sobre neurofotónica para reparar lesiones medulares. http://lacomunidad.elpais.com/lluis-quevedo/2008/11/26/-mira-hacia-luz-carolyn- Salut!

Estaría muy bien, Pere, que un día le dedicaras un artículo al efecto Mateo en las publicaciones científicas. Ya han surgido muchas voces sobre el tema, pero hasta no ver el artículo de Adela Cortina en este mismo periódico (), no había visto mejor definición de lo que está pasando en España con la valoración de las publicaciones científicas. Ahora que este blog es famoso y de referencia para muchos investigadores, seguro que el efecto Mateo favorece el debate y la toma de decisiones coherentes.

WoW! igual es poco ptractico con luz me parece. ya se van a encontrar alguans celulas de algunos organismos que se activen o desactiven canales ionicos meidante ciertas frecuencias electromagneticas... no? o ya se puede? jeje

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Pere Estupinya

. Soy químico, bioquímico, y un omnívoro de la ciencia, que ya lleva cierto tiempo contándola como excusa para poder aprenderla.
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