La optogenética, una luz para investigar la profundidad cerebral

Se trata de “una herramienta que permite un control exquisito del cerebro”. La definición es del neurocirujano Ed Boyden, pionero en el desarrollo de la optogenética, junto a sus colegas Karl Deisseroth y Gero Miesenböck.

Los tres recibirán el próximo mes de junio el Premio Fronteras del Conocimiento en Biomedicina, en su octava edición, por sus trabajos en una técnica que “ha revolucionado el estudio de la función cerebral y actualmente es empleada por neurocientíficos de todo el mundo”, según el acta del jurado.

“Si imaginamos que el cerebro es como un ordenador, la optogenética es como un teclado que nos permite enviarle instrucciones muy precisas”, explica Boyden, catedrático del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

Gracias a la optogenética, actualmente los neurocientíficos pueden investigar los mecanismos de enfermedades como la epilepsia, el Parkinson, la depresión, e incluso algunas formas de ceguera, aprovechándose de una técnica que permite actuar exclusivamente sobre las neuronas en las que previamente se han introducido proteínas sensibles a la luz y, por lo tanto, pueden ser adaptadas por los investigadores según el experimento.

Miesenböck, investigador de la Universidad de Oxford, recuerda cómo tuvo la idea que dio lugar a la optogenética: “Investigaba entonces cómo visualizar la actividad de las neuronas usando proteínas sensibles a la luz; una tarde de sábado de repente me vino la idea: ¿no sería increíble, no sólo leer la actividad del cerebro, sino también poder controlar esa actividad? Es que, en Biología, para entender un sistema necesitas poder controlarlo de forma precisa, y eso había sido imposible en Neurociencia”.

La idea de Miesenböck tardó varios años en hacerse realidad. Su trabajo con proteínas sensibles a la luz resultó clave, porque la optogenética se basa en insertar en las neuronas deseadas este tipo de proteínas: cuando el sistema recibe luz las proteínas se activan y, al hacerlo, inciden sobre el estado de la neurona. La acción puede disparar la señal eléctrica que se propagará por el circuito neuronal, o por el contrario inhibirla.

No fue hasta 2002, cuando Miesenböck fue el primero en demostrar que, efectivamente, era posible controlar la actividad de las neuronas con luz. Lo hizo con células en cultivo, pero advirtió enseguida “que era una tecnología con un enorme poder transformador” y se encontró con un gran inconveniente: las proteínas utilizadas producían una activación modesta de las neuronas, y además era poco probable que pudiera aplicarse a gran escala.

Fue el momento en el que Karl Deisseroth, de la Universidad de Stanford y Ed Boyden aportarían soluciones a los trabajos de Miesenböck: un tipo de proteínas descubiertas en una especie de alga verde, capaces de reaccionar a la luz mucho más eficientemente que las usadas por Miesenböck.

“Fue una gran suerte usar proteínas que reaccionan en la escala de tiempo necesaria para estudiar los circuitos neuronales”, explica Boyden.

Desde entonces, la técnica ha seguido refinándose, por ejemplo con proteínas que reaccionan a distintas velocidades y a diferentes tipos de luz, lo que amplía la variedad de funciones cerebrales que pueden ser estudiadas. Entre los neurocientíficos, el éxito de la optogenética no ha dejado de crecer. Para los tres galardonados con el Premio Fronteras del Conocimiento el primer objetivo es conocer mejor el cerebro. Y en eso trabajan.