Controlando el cerebro con ondas de sonido
Científicos del Instituto Salk han desarrollado una nueva
manera de activar selectivamente las células del cerebro, corazón, músculo y
otras utilizando ondas ultrasónicas.
La nueva técnica, apodada sonogenetica, tiene algunas
similitudes con el uso de la luz para activar las células con el fin para
entender mejor el cerebro.
Este nuevo método - que utiliza el mismo tipo de ondas
utilizadas en sonogramas médicos - puede tener ventajas sobre el enfoque basado
en la luz - conocido como opto genética - especialmente cuando se trata de la
adaptación de la tecnología a la terapéutica humana. Fue descrito 15 de
septiembre 2015 en la revista Nature Communications.
"Las técnicas basadas en luz son importantes para
algunos usos y creo que vamos a seguir viendo avances en ese frente", dice
Sreekanth Chalasani, profesor asistente en el Laboratorio de Neurobiología
Molecular de Salk y autor principal del estudio. "Pero se trata de una
nueva herramienta, adicional para manipular las neuronas y otras células en el
cuerpo."
En la opto genética, los investigadores añaden proteínas de
los canales sensibles a la luz a las neuronas que desean estudiar. Con un láser
enfocado en las células, pueden abrir selectivamente estos canales, o bien
activar o silenciar las neuronas específicas. Pero el uso de un enfoque opto
genético en las células profundas en el cerebro es difícil: por lo general, los
investigadores tienen que realizar la cirugía para implantar un cable de fibra
óptica que pueda llegar a las células. Además, la luz se dispersa por el
cerebro y por otros tejidos en el cuerpo.
Chalasani y su grupo decidieron ver si podían desarrollar un
enfoque que se basó en las ondas de ultrasonido para la activación. "En
contraste con la luz, el ultrasonido de baja frecuencia puede viajar a través
del cuerpo sin ningún tipo de dispersión", dice. "Esto podría ser una
gran ventaja cuando se quiere estimular una región profunda del cerebro sin
afectar a otras regiones", añade Stuart Ibsen, becario postdoctoral en el
laboratorio Chalasani y primer autor del nuevo trabajo.
Chalasani y sus colegas mostraron que primero, en el
nematodo Caenorhabditis elegans, las micro burbujas de gas fuera del gusano
eran necesarias para amplificar las ondas de ultrasonido de baja intensidad.
"Las micro burbujas crecen y se encogen en sintonía con las ondas de
presión de ultrasonido", dice Ibsen. "Estas oscilaciones entonces
pueden propagarse de forma no invasiva en el gusano."
A continuación, encontraron un canal iónico de membrana,
PRT-4, que puede responder a estas ondas.
Cuando las deformaciones mecánicas de la ecografía golpean
las burbujas de gas, se propagan en el gusano, que abre los canales PRT-4 y
activan la célula.
Armado con este conocimiento, el equipo trató de añadir el
canal TRP-4 a las neuronas que normalmente no lo tienen. Con este enfoque, las
neuronas que normalmente no reaccionan a los ultrasonidos pueden ser activadas
con éxito.
Hasta el momento, sonogenetica sólo se ha aplicado a
neuronas del C. elegans. Pero el canal TRP-4 podría añadirse a cualquier tipo
de célula sensible al calcio en cualquier organismo incluyendo los seres
humanos, dice Chalasani.
Entonces, las micro burbujas pueden ser inyectadas en el
torrente sanguíneo, y se distribuyen por todo el cuerpo - un enfoque que ya se
utiliza en algunas técnicas de imagen humana.
El Ultrasonido entonces podría alcanzar de forma no invasiva
cualquier tejido de interés, incluyendo el cerebro, ser amplificada por el
micro burbujas, y activar las células de interés a través del PRT-4. Y muchas
células en el cuerpo humano, señala, pueden responder a los flujos de calcio
causados por TRP-4.
"El verdadero premio será ver si esto podría funcionar
en un cerebro de los mamíferos", dice Chalasani. Su grupo ya ha comenzado
a probar el enfoque en ratones. "Cuando hacemos el salto a las terapias
para los seres humanos, creo que tenemos una mejor oportunidad con sonogenetica
no invasiva que con opto genética."
Ambos enfoques opto genética y sonogenetica, añade, son
prometedores en la investigación básica al permitir que los científicos
estudian el efecto de la activación de las células. Y también pueden ser útiles
en la terapéutica a través de la activación de las células afectadas por la
enfermedad. Sin embargo, para que cualquiera de las técnicas se pueda utilizar
en seres humanos, los investigadores
primero tienen que desarrollar formas seguras para entregar los canales de luz
o de ultrasonido sensibles a las células que les interesen como blanco.
Otros investigadores en el estudio fueron Stuart Ibsen y Ada
Tong del Instituto Salk, y Carolyn Schutt y Sadik Esener de la Universidad de
California en San Diego.
El trabajo y los investigadores involucrados fueron apoyados
por un “Postdoctoral Pioneer Fund Salk Institute Fellowship”, una Subvención a
la innovación del Salk Institute, por la Allen Rita Fundación, la MM Fundación
Keck y los Institutos Nacionales de Salud.
Historia de Fuente:
El mensaje anterior se reproduce a partir de los materiales
proporcionados por el Instituto Salk.
Nota: Los materiales pueden ser editados
en su contenido y duración.
Referencias:
Stuart
Ibsen, Ada Tong, Carolyn Schutt, Sadik Esener, Sreekanth H. Chalasani. Sonogenetica
es un enfoque no invasivo para la activación de las neuronas en Caenorhabditis
elegans.
Nature Communications, 2015; 6: 8,264 mil DOI: 10,1038 /