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Tecnología optogenética para cambios a largo plazo en la excitabilidad neuronal
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Científicos del MIT han desarrollado una técnica optogenética que puede provocar cambios a largo plazo en la excitabilidad neuronal alterando la capacitancia de la membrana neuronal.
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A diferencia de la optogenética convencional, que consiste en utilizar la luz para activar rápidamente canales iónicos en neuronas manipuladas, 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 genera cambios a largo plazo en la excitabilidad neuronal y no requiere iluminación continua para mantenerlos. El método está pensado principalmente como herramienta de investigación que puede 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 la ingeniería genética para que las neuronas expresen canales iónicos sensibles a la luz y luego las ilumina para provocar una activación neuronal inmediata y rápida. Sin embargo, aunque la optogenética convencional es útil, aún puede mejorarse.
"Utilizando la luz, se pueden abrir o cerrar estos canales iónicos, y eso a su vez excitará o silenciará las neuronas", explica Chanan Sessler, investigador del MIT que participa en el estudio. "Eso permite una respuesta rápida en tiempo real, pero significa que si quieres controlar estas neuronas, tienes que estar iluminándolas constantemente"
¿Y si se pudiera iluminar una neurona una sola vez y crear un cambio a largo plazo en su excitabilidad? Este es el objetivo de esta última técnica. Los investigadores lo consiguieron 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 del oxígeno cuando se expone a la luz. Durante esta iluminación, los investigadores también exponen las neuronas a bloques de polímero aislante o conductor. Las especies reactivas del oxígeno ayudan a ensamblar los bloques de polímero dentro de la membrana celular, alterando su capacitancia. Hasta ahora, los investigadores han demostrado que este método produce cambios en la excitabilidad neuronal durante tres días, que es el tiempo máximo que pueden mantener vivas las células en una placa.
El método tiene potencial terapéutico y de investigación. "Esta nueva herramienta está diseñada para ajustar la excitabilidad de las neuronas hacia arriba y hacia abajo de forma controlada por la 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", afirma Xiao Wang, otro de los investigadores del estudio. "La aplicación futura de nuestro enfoque en modelos de enfermedad dirá si el ajuste fino de la excitabilidad neuronal podría ayudar a restablecer los circuitos cerebrales anormales a la normalidad"