Nuevos datos sobre el potencial de la optogenética
La comprensión del funcionamiento del encéfalo comienza con la obtención de imágenes. Sin embargo, el estudio de las funciones encefálicas más complejas requiere una tecnología avanzada que va mucho más allá del estado de la técnica actual. Algunas iniciativas como el proyecto BrainBIT, financiado con fondos europeos, pretenden ayudar a colmar esta brecha. El equipo del proyecto, que tiene el ambicioso objetivo de utilizar la luz para transferir patrones de actividad neuronal importantes desde el punto de vista del comportamiento entre sujetos, se propuso desarrollar tecnologías ópticas capaces de leer y controlar de forma simultánea la actividad neuronal en animales, como peces cebra larva y ratones.
Excitación bifotónica para lograr una mejor separación espectral
Quizás no resulte sorprendente que conseguirlo haya sido más difícil de lo que se creía en un principio. «Como las longitudes de onda del encéfalo utilizadas para la excitación por fluorescencia y la estimulación optogenética se encontraban demasiado cerca, corríamos el riesgo de perjudicar la separación adecuada de ambas funciones», explica Francesco Pavone, físico de la Universidad de Florencia y coordinador del proyecto BrainBIT. A fin de superar dicho reto, los investigadores sustituyeron la excitación monofotónica por una versión bifotónica tanto para la excitación por fluorescencia como para la estimulación optogenética. «Dado que la excitación bifotónica requiere una longitud de onda que es prácticamente el doble que la versión monofotónica, pudimos garantizar una mejor separación espectral», afirma Pavone. El proyecto recibió el apoyo del Consejo Europeo de Investigación.
Uso de la luz como intervención neuromoduladora en los accidentes cerebrovasculares
Una vez que se obtuvo la excitación bifotónica, el proyecto construyó un sistema óptico vanguardista capaz de proporcionar rápidamente imágenes funcionales de todo el encéfalo del pez cebra larva. Asimismo, es capaz de proporcionar una optoestimulación simultánea de los patrones neuronales arbitrarios. «Empleamos con éxito este sistema para registrar ataques epilépticos y describimos, por primera vez, un patrón de propagación característico que se asemeja a una onda que viaja a través del encéfalo de las larvas», señala Pavone. Gracias a un segundo dispositivo óptico, el equipo de investigación utilizó la estimulación optogenética como intervención terapéutica preclínica en ratones afectados por un accidente cerebrovascular. «Con ello se demuestra que es posible utilizar de manera eficaz la luz como intervención neuromoduladora a fin de mejorar la recuperación de las funciones deterioradas tras un accidente cerebrovascular», añade Pavone.
Convertir los resultados en código abierto
Aunque el proyecto BrainBIT ya ha finalizado, Pavone planea realizar grandes avances con sus descubrimientos. «Creemos que las tecnologías desarrolladas durante este proyecto serán de gran ayuda para otros neurocientíficos y queremos fomentar su adopción generalizada», afirma. «Por ello, planeamos rediseñar los sistemas ópticos para convertirlos en módulos ópticos de código abierto que todos puedan construir por su cuenta, disminuyendo así los costes de acceso a estas tecnologías vanguardistas». Pavone también trabaja para seguir impulsando el sistema de obtención de imágenes rápidas del proyecto y tiene previsto probar el uso de la optogenética como intervención preclínica para bloquear la incipiente actividad neuronal anómala en los peces cebra antes de que se produzca una convulsión manifiesta. Además, quiere examinar si el sistema de obtención de imágenes puede utilizarse para registrar simultáneamente la actividad cerebral y cardíaca.
Palabras clave
BrainBIT, neurocientíficos, optogenética, accidente cerebrovascular, encéfalo, obtención de imágenes, actividad neuronal, tecnologías ópticas, longitudes de onda del encéfalo, excitación por fluorescencia, estimulación optogenética, ataques epilépticos
