Optogenética

Optogenética Concepto: Es un conjunto de tecnologías que permite el control rápido y dirigido de eventos específicos en sistemas biológicos tanto simples como complejos .

Optogenética. Es un conjunto de tecnologías que permite el control rápido y dirigido de eventos específicos en sistemas biológicos tanto simples (células) como complejos (tejidos e incluso animales de experimentación vivos y libres de moverse).

Descripción

La optogenética combina métodos ópticos (destellos de luz provenientes de un láser o un LED) con métodos genéticos para transferir a un grupo específico de neuronas el cDNA que codifica proteínas de origen microbiano sensibles a la luz (llamadas opsinas). Ésta es una tecnología de vanguardia que inició su desarrollo en el 2005 por el Dr. Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford.

En el 2010 la revista Nature Methods lo nombró el método más importante del año.

La aproximación optogenética se basa en la introducción en las células de genes exógenos que codifican proteínas fotosensibles, las cuales sirven para modificar el comportamiento celular mediante la luz. Por lo tanto, la tecnología optogenética abarca el desarrollo de:

1. Proteínas sensibles a la luz (las herramientas básicas del sistema).
2. La puesta a punto de estrategias para introducir los genes en las células o tejidos diana.
3. La generación de sistemas de lectura capaces de analizar los cambios de comportamiento que se produzcan en la célula del tejido o animal del que se trate.

Principio de funcionamiento

Las bases de la optogenética se encuentran en el estudio de un organismo unicelular, el alga Chlamydomonas reinhardtii y su capacidad para moverse hacia una fuente luminosa. Los doctores Peter Hegemann, Georg Nagel, y Ernst Bamberg descubrieron una proteína llamada Channelrodopsina 2 (ChR₂) de la cual esta alga se vale, para desplazarse hacia la luz.

Ante la estimulación con un haz luminoso de 473 nm (luz azul), el ChR₂ se abre permitiendo el paso de iones a través del gradiente electroquímico de la célula (H+>Na+>K+>Ca+). Las neuronas expresan niveles suficientes de ChR₂ para que la luz azul, vía fibra óptica, permita la apertura del canal y la entrada de sodio al interior de la neurona. Cuando el ChR₂ se expresa en la membrana neuronal se transforman los impulsos luminosos en potenciales de acción.

Optogenética y la medicina

El impacto de la optogenética en la salud humana no surge del uso directo de las opsinas en tejidos humanos, sino más bien en su uso como herramientas de investigación que permiten ahondar en la complejidad de las funciones de los tejidos. Al ser posible controlar la producción de opsinas en tipos celulares concretos (por ejemplo mediante promotores inducibles o específicos de tejido), el impacto de la optogenética comienza a ser visible en cuestiones relacionadas con diversas patologías.

La neurología y la neurofisiología son las grandes beneficiadas de esta tecnología hasta la fecha. Así, la optogenética ya ha ofrecido nuevas respuestas en la explicación de enfermedades neurológicas como la narcolepsia, la enfermedad de Parkinson o la esquizofrenia. Mediante la estimulación específica y controlada en el tiempo a nivel celular, sólo posible con esta tecnología, comenzamos a entender el modo en que determinadas neuronas pueden producir comportamientos complejos, abriendo las puertas de nuevos tratamientos.

Aplicaciones

Este método servirá para identificar a las poblaciones celulares implicadas en diversos padecimientos y apoyará la búsqueda de nuevos tratamientos.

• Ha servido para controlar ataques epilépticos en modelos animales experimentales.
• Al manipular las neuronas dopaminérgicas se ha podido potenciar o evitar la adicción a la cocaína.
• El sueño y el estado de vigilia pueden regularse a través de las neuronas hipocretinas. Es la base para el desarrollo de fármacos que ayuden al tratamiento de la narcolepsia.
• También se puede inducir el apetito al activar neuronas del hipotálamo o inhibirlo y producir pérdida de peso.
• Si se produce una arritmia cardiaca, el corazón nuevamente puede bombear sangre al ritmo de la luz. Se ha desarrollado el primer marcapasos basado en la optogenética.
• Tratamiento del Parkinson.
• Estos métodos han permitido recuperar la vista a ratones ciegos.
• Un equipo de científicos del Centro de Neurociencias de la Universidad de California en Davis (EE.UU.), liderado por el médico Susumu Tonegawa logró eliminar por completo recuerdos específicos en ratones.

«La emoción está íntimamente asociada con memorias de eventos pasados y episodios, pero la valencia, el atractivo o aversión de los recuerdos, es maleable»

Susumu Tonegawa, director del Centro RIKEN-MIT, Premio Nobel de Medicina en 1987

Fuentes

• Optogenética. Publicado el 24 de enero de 2011. Disponible en: http://medmol.es/tecnicas/optogenetica/. Consultado el 8 de enero de 2015.
• ¿Qué es la optogenética y para que sirve? Publicado el 30 de abril de 2014. Disponible en: http://anestesiar.org/2014/que-es-la-optogenetica-y-para-que-sirve/. Consultado el 8 de enero de 2015.