En el apasionante universo de las ciencias biomédicas, dos técnicas han surgido como auténticas joyas en la caja de herramientas de investigadores y estudiantes ávidos de comprender los misterios del cerebro: la optogenética y la quimiogenética. Nos adentraremos en el fascinante mundo de estas técnicas revolucionarias, trazando su origen, sumergiéndonos en sus aplicaciones y vislumbrando su potencial en la práctica clínica.

EL RESPLANDOR DE LA NEUROCIENCIA: OPTOGENÉTICA

En las postrimerías de la primera década del siglo XXI, los pioneros científicos Ernst Bamberg, Georg Nagel y Peter Hegemann concebían una técnica que cambiaría la faz de la neurociencia: la optogenética. Surgida de la genial conjunción de la genética y la óptica, esta técnica inyecta genes sensibles a la luz en neuronas específicas, abriendo la puerta a un control lumínico sin precedentes sobre el sistema nervioso. Como una danza sincronizada, estas proteínas fotosensibles permiten a los científicos estimular o inhibir selectivamente neuronas en tiempo real, delineando las conexiones neuronales con la precisión de un cartógrafo del cerebro.

MÁS ALLÁ DE LA SUPERFICIE: QUIMIOGENÉTICA

De manera simultánea, mentes brillantes como las de Bryan Roth y Michael Roth forjaban otra herramienta revolucionaria: la quimiogenética. Esta técnica, basada en la ingeniería de receptores sensibles a moléculas sintéticas o naturales, introduce una gama de posibilidades intrincadas. Al engarzar neuronas con estas moléculas, se abre la posibilidad de modular la actividad neuronal con una precisión química, desplegando una danza neuronal coreografiada en sintonía con sustancias específicas.

EN EL LABERINTO DE LA INVESTIGACIÓN: APLICACIONES Y HORIZONTES DISCIPLINARES

Las aplicaciones de la optogenética y la quimiogenética trascienden las fronteras de la neurociencia. Estas técnicas han iluminado los recovecos más oscuros de los circuitos neuronales, permitiendo la decodificación de comportamientos y trastornos neurológicos. Sin embargo, su influencia no se limita a las fronteras neuronales; estas técnicas han incursionado en terrenos insospechados, como la cardiología y la endocrinología, revelando conexiones de sistemas hasta entonces desconocidas.

EL ARTE DEL EQUILIBRIO: VENTAJAS Y CONSIDERACIONES

La optogenética ofrece un dominio excepcional sobre la actividad neuronal, otorgando a los investigadores el pincel del control causal. No obstante, esta técnica encuentra sus límites en tejidos que dejen pasar la luz o bien, aquellos no “transparentes” y en la necesidad de implantar dispositivos invasivos. Por otro lado, la quimiogenética pinta un paisaje más amplio al no requerir la intrusión óptica, aunque carece de la precisión temporal de su contraparte luminosa.

Al utilizar la técnica de optogenética, el haz de luz LED ilumina el área del cerebro cuya función sináptica se desea modular. Dependiendo del receptor de membrana expresado, se lo ilumina con una longitud de onda específica y, en consecuencia, se podrá aumentar o disminuir el nivel de excitación neuronal.

DE LA MESADA DEL LABORATORIO A LA CAMA DEL PACIENTE: EL CAMINO HACIA LA TRASLACIÓN MÉDICA

Mientras estas técnicas avanzan, su potencial trasciende la esfera de la investigación para tocar la medicina clínica con manos prometedoras. Imaginemos tratamientos a medida que ajustan minuciosamente la actividad neuronal, ofreciendo soluciones para trastornos neurológicos sin los efectos secundarios de fármacos tradicionales. El futuro se vislumbra con esperanza, donde el dominio de la optogenética y la quimiogenética podría forjar terapias personalizadas, guiando la práctica médica hacia una nueva era de precisión.

DREADD= Receptor diseñado activado exclusivamente por una droga diseñada. El ADN codificante del DREADD se inserta en un vector viral. El mismo es inyectado en áreas cerebrales específicas donde se permite la expresión del receptor “huérfano”. Un ligando (CNO) que sólo reconoce a ese receptor puede administrarse por vía oral o parenteral.

En síntesis, hemos explorado las trayectorias de la optogenética y la quimiogenética, desde sus humildes comienzos hasta su emocionante potencial en el ámbito clínico. Con sus ventajas singulares y desafíos cautivadores, estas técnicas se alzan como faros de descubrimiento, iluminando el camino hacia un entendimiento más profundo del cerebro y una práctica médica más personalizada y eficaz.

Mariano Boccia es bioquímico y farmacéutico por la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires, doctor de la UBA, profesor asociado de la Cátedra de Farmacología e investigador independiente del CONICET.

Candela Medina es licenciada en Ciencias Biológicas por la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, docente de la cátedra de Farmacología e investigadora asistente del CONICET.

María C. Krawcyzk es licenciada en Ciencias Biológicas por la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, doctora de la UBA, docente de la Cátedra de Farmacología e investigadora asistente del CONICET.

Bibliografía sugerida

Hegemann P, Nagel G (2013). From channelrhodopsins to optogenetics. EMBO Mol Med, 5: 173–176.

Roth BL (2017). DREADDs for Neuroscientists. Neuron, 89: 683–694.

Deisseroth K. (2010). Controlling the Brain with Light. Sci Am. 303, 48-55

Krawczyc MC, Millan J, Blake MG, Boccia MM. (2017). Optogenética: un haz de luz para conocer las funciones cerebrales. Ciencia e Investigación. 67: 29 – 34.