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Los investigadores desarrollan métodos más sofisticados para controlar el cerebro con la luz

Hace apenas cinco años, los científicos de la Universidad de Stanford descubrieron que las neuronas inyectadas con un gen foto-sensible de las algas se pueden activar o desactivar con el toque de un interruptor de luz. Este descubrimiento ha convertido a cientos de laboratorios en el joven ámbito de la optogenética. Los investigadores de hoy en todo el mundo están utilizando estos interruptores genéticos de luz para controlar neuronas específicas de animales vivos, observar sus funciones en una creciente variedad de funciones del cerebro y enfermedades, incluida la memoria, la adicción, la depresión, la enfermedad de Parkinson y lesiones de la médula espinal.

Iluminando el camino: nuevas técnicas en optogenética hacer posible el control de neuronas individuales y los circuitos de todo el cerebro con pulsos de luz Aquí, cables de fibra óptica entregan luz azul para los centros de recompensa del cerebro de ratón, condicionando al ratón para preferir una cámara sobre la otra Crédito: Karl Deisseroth

Ahora, Karl Deisseroth, uno de los pioneros de la técnica, ha añadido algunas nuevas herramientas para el repertorio optogenético que pueden hacer avanzar el estudio de estas enfermedades, a la velocidad de la luz. Una técnica molecular que controla circuitos enteros de neuronas en vez de una sola célula permitirá a los científicos estudiar el papel específico de las redes neuronales en el cerebro. Una nueva técnica en la banda del infrarrojo cercano que llega a las células del cerebro ubicadas en tejidos profundos podría permitir a los científicos utilizar estas técnicas de manera no invasiva. En la actualidad, deben implantar un cable de fibra óptica en el cerebro de un animal para proporcionar luz paraa la activación de estas células. Y un mejorado “conmutador de apagado” que hace blanco en las neuronas más sensibles a la luz permite un mayor control neural. The group published its results in the April 2 edition of the journal Cell . El grupo publica sus resultados en la edición del 2 de abril de la revista Cell.

Hasta la fecha, los científicos se han concentrado principalmente en dos interruptores de luz, u opsinas, para activar o inhibir las neuronas. La primera, canalrodopsina, es una proteína que se encuentra en las membranas celulares de las algas verdes. Cuando se exponen a la luz azul, estas proteínas abren canales de membrana, dejando entrar iones de sodio y de calcio. Cuando se insertan por ingeniería genética en las neuronas de los mamíferos, estas proteínas causan flujos de iones similares, activando las neuronas. El segundo interruptor de luz, una bomba iónica llamada halorodopsina, permite silenciar a la neurona por medio de iones de cloruro, en respuesta a la luz amarilla.

Sin embargo, el interruptor de luz halorodopsina tiene algunos inconvenientes. No silencia a todas las neuronas efectivamente, y se puede acumular y tener efectos tóxicos en las células cerebrales. El equipo de Deisseroth ha desarrollado un conmutador de apagado más eficaz, aprovechando un fenómeno llamado “tráfico de membranas”. En lugar de poner halorodopsina dentro de la célula, esencialmente Deisseroth instaló instrucciones moleculares que guian a las opsinas a través de la célula hacia la membrana externa, donde pueden responder más fácilmente a la luz y abrir los canales de iones para inhibir las neuronas.

“Las proteínas son llevadas por la céluda y trafican de un punto a otro con una complejidad increíble”, dice Deisseroth. “Tuvimos que proporcionar el equivalente de los códigos postales, fragmentos de ADN en las opsinas, para hacerlas circular correctamente a la superficie de la membrana”. Ed Boyden, neurocientífico del MIT y uno de los pioneros optogenéticos, también ha desarrollado interruptores más eficaces, utilizando proteínas de hongos y bacterias.

El equipo encontró que este nuevo conmutador de apagado es 20 veces más sensible a la luz amarilla que las generaciones anteriores. Los investigadores también encontraron que, si bien el amarillo parece ser el color preferido en el espectro de luz para activar el interruptor de apagado, la luz roja y la del infrarrojo cercano también pueden tener efecto. Para Deisseroth, estos resultados indican una perspectiva tentadora: se sabe bien que cuando más próxima al infrarrojo está la luz, más profundo puede llegar a través de los tejidos. Instalar un interruptor de luz que haga que las neuronas respondan al infrarrojo podría abrir las puertas a un control preciso de los circuitos profundos del cerebro, lo que permite, potencialmente, tratamientos no invasivos para enfermedades como el Parkinson y la depresión.

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

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