Iluminando la neurociencia

Ya desde los excelentes estudios de D. Santiago Ramón y Cajal estableciendo las bases de la neurociencia, quedó al descubierto que para entender el funcionamiento del cerebro era esencial poder controlar, en el tiempo y en el espacio, la actividad de diferentes poblaciones neuronales y así establecer la importancia de cada una de ellas en las funciones cerebrales.

Lamentablemente, si bien la idea estaba clara, llevarla a cabo ha sido mucho más laborioso, dada la complejidad del tejido nervioso, presentando diferentes, e incluso antagónicas, poblaciones neuronales enmarañadas una al lado de la otra.

Por tanto, el gran objetivo de la neurociencia ha sido poder controlar una neurona concreta sin afectar a la neurona vecina. Hasta la aparición de la optogenética, las herramientas habituales implicaban bien el uso de fármacos, con mayor o menor especificidad por la población neuronal de interés, pero con una acción lenta, o bien la estimulación eléctrica, que aun teniendo una acción rápida, afecta de la misma manera a todas las neuronas en la vecindad.

Y es, en esta situación, donde se hizo la luz, de manera literal, en neurociencia. La idea no es nueva, ya que en 1979, Francis Crick, uno de los descubridores de la estructura del ADN, había propuesto la luz como mecanismo para controlar la actividad neuronal. Sin embargo, lo que podía parecer una quimera entonces, se ha ido gestando en lo que es hoy la revolución de la optogenética.

Aunque desde los años 70 se conocían proteínas bacterianas que responden a la luz permitiendo el paso de iones (en otras palabras, cargas eléctricas), su aplicación se había considerado impráctica en células de mamífero. No fue hasta el año 2002 cuando los trabajos del grupo de Gero Miesenböck permitieron demostrar que se podían activar neuronas mediante luz. Aún así, su sistema, basado en expresar diferentes componentes en una célula, era todavía demasiado lento.

Afortunadamente, casi al mismo tiempo, se caracterizó la canalrodopsina (ChannelRhodopsin), una proteína de una alga unicelular que, al recibir luz de una determinada longitud de onda, permite el paso por la membrana de cationes (iones positivos) con una resolución temporal mucho más rápida que los sistemas anteriores. Finalmente, ya en 2005, esta proteína fue introducida en neuronas en cultivo, por primera vez, por Edward Boyden y Karl Deisseroth en el que fue el artículo seminal de la optogenética . Cabe destacar que los orígenes no fueron fáciles, ya que este trabajo fue rechazado en las revistas más prestigiosas por no haber hecho ningún avance científico más allá de demostrar que la canalrodopsina funciona en neuronas.

Sin embargo, como dice el refrán, el tiempo les dio la razón. El gran salto fue pasar de unas neuronas creciendo en una placa de cultivo a controlar neuronas específicas de ratón. Para conseguirlo, en primer lugar usaron vectores virales, virus modificados para que transporten los genes de interés en lugar de los suyos patógenos, para introducir el ADN de esta proteína –así como las instrucciones para que solo se produzca en un tipo neuronal concreto- en el cerebro de los animales. Por último, la implantación de una finísima fibra óptica conectada a un láser de la longitud de onda necesaria, permite el control –cual interruptor- de la actividad neuronal con una resolución temporal de milisegundos, comparable a la función normal del cerebro.

Con el tiempo, la caja de herramientas de las diferentes “opsinas” a usar ha crecido exponencialmente, permitiendo activar o inhibir poblaciones neuronales con diferentes características. Este hecho, conjuntamente con la simplicidad del método y el relativamente bajo coste de los equipos y la facilidad de aprendizaje, ha promovido el crecimiento exponencial y la universalidad de esta técnica, lo que ha permitido, entre muchos otros casos, entender un poco mejor cómo funcionan los circuitos activados por drogas, el control de la ingesta, el sueño, o, en experimentos altamente provocativos, cómo podemos generar recuerdos nuevos, aunque nunca hayan existido.

Si bien las expectativas son muy altas y su valía en neurociencia básica es indudable, todavía hay que ser cauto en su aplicabilidad en humanos, por lo menos a corto plazo, dadas las cuestión éticas inherentes a las inyecciones con vectores virales (tal y como pasa en la terapia génica) así como a la posibilidad de poder controlar, a voluntad, las respuestas de uno mismo, o en su defecto, de quién esté al otro lado del hilo.