LA LUZ ENTRE NEURONAS
LAS CONEXIONES NEURONALES. Un equipo de investigadores del ICFO publica en la revista Nature Methods un método para conectar dos neuronas utilizando enzimas emisoras de luz y canales iónicos sensibles a la luz.
Imagen de una secuencia neuronal. efe
El cerebro está formado por miles de millones de neuronas que están conectadas entre sí formando redes complejas. Estas neuronas se comunican mediante un proceso llamado transmisión sináptica, en el cual se envían señales eléctricas, potenciales de acción, y señales químicas, conocidas como neurotransmisores. Los neurotransmisores químicos se liberan de una neurona, se difunden hacia las demás, y llegan a las células diana generando una señal que excita, inhibe o modula la actividad celular. El momento y la fuerza de estas señales son cruciales para que el cerebro procese e interprete la información sensorial, tome decisiones y genere comportamiento.
Controlar las conexiones entre las neuronas nos permitiría comprender y tratar mejor los trastornos neurológicos, reconfigurar o reparar los fallos en los circuitos neuronales tras haber sido dañados, mejorar nuestras capacidades de aprendizaje o expandir nuestro conjunto de comportamientos. Existen varios métodos para controlar la actividad neuronal. El uso de fármacos es la alternativa más habitual, que permite alterar los niveles de los neurotransmisores químicos presentes en el cerebro y afectar la actividad de las neuronas. Otra alternativa es estimular eléctricamente zonas específicas del cerebro para activar o inhibir las neuronas. Una tercera posibilidad es usar la luz.
Luz para control neuronal
La manipulación de la actividad neuronal mediante la luz es una técnica, relativamente nueva, que se ha estado explorado en el pasado. Esta técnica implica modificar genéticamente las neuronas para que expresen proteínas y canales iónicos sensibles a la luz y bombas o enzimas específicas en las células diana. Aunque este método permite a los investigadores controlar la actividad de grupos concretos de neuronas con mayor precisión, existen todavía algunas limitaciones. Como la luz se dispersa en el tejido cerebral, debe administrarse muy cerca de las neuronas para lograr una resolución suficiente al nivel de sinapsis. Esto implica usar técnicas a menudo invasivas, y requiere de intervenciones externas. Además, la intensidad que se necesita para llegar a las células diana puede ser potencialmente dañina para ellas.
Ahora un equipo de investigadores del ICFO publica en la revista Nature Methods un sistema que utiliza fotones en lugar de neurotransmisores químicos como estrategia para controlar la actividad neuronal. Los investigadores Montserrat Porta, Adriana Carolina González, Neus Sanfeliu-Cerdán, Shadi Karimi, Nawaphat Malaiwong, Aleksandra Pidde, Luis Felipe Morales y Sara González-Bolívar, liderados por el Prof. Michael Krieg, junto con los investigadores Pablo Fernández y Cedric Hurth, han desarrollado un método para conectar dos neuronas utilizando luciferasas, unas enzimas que emiten luz, y canales iónicos fotosensibles.
El equipo ha desarrollado y testado un sistema, llamado PhAST, en el nemátodo Caenorhabditis elegans, un organismo modelo ampliamente utilizado para estudiar procesos biológicos. Del mismo modo que los animales bioluminiscentes usan fotones para comunicarse, el método desarrollado utiliza enzimas sintetizadas para enviar fotones, en lugar de químicos, como transmisores entre neuronas.
Para comprobar si era posible, realmente, usar los fotones para codificar y transmitir el estado entre dos neuronas, el equipo primero modificó genéticamente los gusanos alterando sus neurotransmisores de tal manera que fuesen insensibles a los estímulos mecánicos. El objetivo era ver si, con el sistema diseñado, se podían revertir estas alteraciones sensoriales. En segundo lugar, los investigadores sintetizaron unas enzimas emisoras de luz, las luciferasas, y seleccionaron canales iónicos.