Controlar las neuronas con luz (sin cables ni baterías)

Dispositivo inalámbrico que puede controlar las neuronas con luz
PHILIPP GUTRUF
Publicado 03/01/2019 14:24:31CET

MADRID, 3 Ene. (EUROPA PRESS) -

Una investigación de la Universidad de Arizona (Estados Unidos) ha revelado un método más sofisticado para controlar las neuronas a través de la luz, lo que en un futuro podría conseguir 'apagar' los receptores del dolor o reducir los efectos de los trastornos neurológicos graves.

Publicado en la revista 'Nature Electronics', los científicos han conseguido esto gracias a la optogenética, una técnica biológica que utiliza la luz para activar o desactivar grupos específicos de neuronas en el cerebro. Por ejemplo, podrían usar la estimulación optogenética para restablecer el movimiento en caso de parálisis o, en el futuro, apagar las áreas del cerebro que causan dolor, eliminando la necesidad y la dependencia cada vez mayor de opioides y otros analgésicos.

"Estamos haciendo estas herramientas para entender cómo funcionan las diferentes partes del cerebro. La ventaja de la optogenética es que tiene especificidad celular: puede dirigirse a grupos específicos de neuronas e investigar su función y relación en el contexto de todo el cerebro", explica uno de sus autores, Philipp Gutruf.

En optogenética, los investigadores cargan neuronas específicas con proteínas llamadas opsinas, que convierten la luz en potenciales eléctricos que conforman la función de una neurona. Cuando se ilumina un área del cerebro, se activa solo las neuronas cargadas con opsina.

Las primeras iteraciones de optogenética involucraban el envío de luz al cerebro a través de las fibras ópticas, lo que significaba que los sujetos de prueba estaban físicamente atados a una estación de control. Por ello, intentaron desarrollar una técnica sin baterías utilizando electrónica inalámbrica, lo que significaba que podrían moverse libremente. Estos dispositivos, no obstante, aún tenían sus propias limitaciones: eran demasiado grandes y con frecuencia estaban pegados visiblemente fuera del cráneo, no permitían un control preciso de la frecuencia o intensidad de la luz, y solo podían estimular un área del cerebro a la vez.

"Con esta investigación, fuimos dos o tres pasos más allá. Pudimos implementar el control digital sobre la intensidad y la frecuencia de la luz que se emite, y los dispositivos están muy miniaturizados, por lo que pueden implantarse en el cuero cabelludo. También podemos estimular de forma independiente múltiples lugares en el cerebro del mismo sujeto, lo que tampoco era posible antes", detalla el científico.

La capacidad de controlar la intensidad de la luz es clave porque permite a los investigadores controlar exactamente a qué parte del cerebro está afectando la luz: cuanto más brillante es la luz, más lejos llegará. Además, controlar la intensidad de la luz significa controlar el calor generado por las fuentes de luz y evitar la activación accidental de las neuronas que son activadas por el calor.

Los implantes inalámbricos, sin batería, son alimentados por campos magnéticos oscilantes externos y, a pesar de sus capacidades avanzadas, no son significativamente más grandes o pesados que las versiones anteriores. Además, un nuevo diseño de antena ha eliminado un problema al que se enfrentaban las versiones anteriores de dispositivos optogenéticos, en el que la intensidad de la señal que se transmite al dispositivo varía según el ángulo del cerebro, de forma que cuando un sujeto gira su cabeza, la señal se debilita.

Los dispositivos se implantan con un procedimiento quirúrgico simple, similar a las cirugías en las que se pone a humanos neuroestimuladores o 'marcapasos cerebrales'. No causan efectos adversos y su funcionalidad no se degrada en el cuerpo con el tiempo. Esto podría tener implicaciones para dispositivos médicos como los marcapasos convencionales, que deben reemplazarse cada cinco o quince años.