¿Qué es la optogenética?

El Dr. Pablo Barrecheguren explica qué es la optogenética, sus resultados preclínicos y los desafíos, tanto técnicos como morales, de esta técnica.

De todas las técnicas desarrolladas en neurociencia durante los últimos años, seguramente la optogenética es la que más rápidamente se ha normalizado como una herramienta de trabajo en los laboratorios.

Tal es su uso que ya se están empezando a obtener llamativos resultados preclínicos. Por ejemplo, a día de hoy se está analizando su uso como terapia en el tratamiento de problemas de visión con base neurológica y, siguiendo con los sentidos, ya se han conseguido desarrollar en roedores sistemas que permiten recuperar parte de la audición usando este tipo de tecnología como una posible opción alternativa a los implantes cloqueares actuales. Aunque preclínicos y modestos, estos son grandes resultados si consideramos la excesiva juventud de esta técnica, pero… ¿Exactamente qué es la optogenética?

Qué es exactamente la optogenética

La optogenética se basa en el uso de canales y bombas de iones sensibles a la luz (opsinas) para la activación o inhibición de neuronas, lo cual permite manipular in vivo la actividad neuronal. Eso sí, hay que tener en cuenta que la presencia de las opsinas es conseguida mediante ingeniería genética, pudiendo aplicar dos variantes distintas:

1. Inyección de vectores virales en organismos adultos. En este caso se generan partículas virales que portan las opsinas, se inyectan los virus directamente en la zona del cerebro donde queremos aplicar la optogenética, los virus infectan las neuronas y estas empiezan a producir opsinas;
2. creación directa de animales genéticamente modificados que expresan opsinas en determinadas zonas del cerebro o inyección de vectores virales in utero en el cerebro de organismos modelo.

Investigaciones

Según el campo de investigación se usa una estrategia u otra en un organismo modelo, que en general son ratones. Pero sea como fuere, el resultado es que tenemos un ser vivo con opsinas en sus neuronas. Como consecuencia de esto, si esas neuronas son estimuladas con luz, las opsinas reaccionarán a ella generando una activación o inhibición de las neuronas en función de las modificaciones que hayamos realizado. Y como es posible ser bastante específico a la hora de elegir qué neuronas expresan opsina y cuáles no, el resultado es que podemos regular a voluntad la actividad de rutas neuronales concretas.

Esto es clave para identificar la función de cada entramado neuronal. Por ejemplo, si sospechamos que la activación de unas neuronas aumenta el apetito, pues podemos generar un ratón que tenga opsinas en esas neuronas, estimular esas células con luz y ver si el ratón ingiere más calorías. Es más, literalmente el sistema funciona como un interruptor, así que podemos apagar o encender esas neuronas cuando queramos mientras vemos cómo cambia, o no, el comportamiento del animal en tiempo real.

Esto ha convertido a la optogenética en la herramienta más potente para los estudios de comportamiento, pero su potencial también está en el estudio del desarrollo cerebral, ya que podemos provocar cambios en la actividad neuronal para después analizar si eso altera o no el desarrollo del sistema nervioso.

Desafíos de la optogenética

Aun así, siempre es importante recordar que todavía se trata de investigación biomédica básica, la cual tiene que superar muchos desafíos antes de poderse utilizar en clínica. Estos son dos de los principales obstáculos:

1. Normalmente, se consigue estimular las células con luz mediante la implantación de un dispositivo intracraneal. Esto, aunque quirúrgicamente posible, es un factor muy a tener en cuenta si estamos hablando de un posible uso en seres humanos.
2. Para que la técnica funcione es necesario manipular genéticamente el organismo. A día de hoy ya es posible crear primates no-humanos transgénicos, aunque son extremadamente raros y su uso es mucho más complejo que el de otros organismos modelo. Pero incluso cuando se solucionen los problemas técnicos, esto no eliminará el conflicto ético de tener que utilizar ingeniería genética en seres humanos para poder aplicar biomédicamente la optogenética.

Está claro que los desafíos, tanto técnicos como morales, que presenta la optogenética son equiparables a su gran potencial en el campo de la neurociencia, con lo cual es una técnica que debe seguirse con especial interés durante los próximos años.

Referencias

• Deubner, J., Coulon, P., & Diester, I. (2019). Optogenetic approaches to study the mammalian brain. Current Opinion in Structural Biology, 57(1), 157–163.
• Galvan, A., Stauffer, W. R., Acker, L., El-Shamayleh, Y., Inoue, K., Ohayon, S., & Schmid, M. C. (2017). Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions. The Journal of Neuroscience, 37(45), 10894–10903.
• Keppeler, D., Vogl, C., Dieter, A., Moser, T., Huet, A., Jeschke, M., … Duque-Afonso, C. J. (2018). Optogenetic stimulation of cochlear neurons activates the auditory pathway and restores auditory-driven behavior in deaf adult gerbils. Science Translational Medicine, 10(449), eaao0540.
• Roska, B., & Sahel, J.-A. (2018). Restoring vision. Nature, 557, 359-367.

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