Publicado 09/02/2022 18:53

Investigadores consiguen controlar células para activarlas con ultrasonidos

Neuronas (magenta) en el cerebro del ratón. El laboratorio hizo que neuronas específicas expresaran TRPA1 (blanco), para que pudieran ser activadas por los ultrasonidos.
Neuronas (magenta) en el cerebro del ratón. El laboratorio hizo que neuronas específicas expresaran TRPA1 (blanco), para que pudieran ser activadas por los ultrasonidos. - SALK INSTITUTE

MADRID, 9 Feb. (EUROPA PRESS) -

Científicos del Instituto Salk (Estados Unidos) han diseñado células de mamíferos para activarlas mediante ultrasonidos. El método, que el equipo utilizó para activar células humanas en una placa y células cerebrales dentro de ratones vivos, allana el camino hacia versiones no invasivas de la estimulación cerebral profunda, los marcapasos o las bombas de insulina.

"La tecnología inalámbrica es el futuro de casi todo. Ya sabemos que los ultrasonidos son seguros y que pueden atravesar huesos, músculos y otros tejidos, lo que los convierte en la herramienta definitiva para manipular las células en lo más profundo del cuerpo", afirma Sreekanth Chalasani, autor principal del estudio, que se ha publicado en la revista científica 'Nature Communications '.

Hace aproximadamente una década, Chalasani fue pionero en la idea de utilizar ondas ultrasónicas para estimular grupos específicos de células marcadas genéticamente, y acuñó el término "sonogenética" para describirlo.

En 2015, su grupo demostró que, en el gusano redondo 'Caenorhabditis elegans' una proteína llamada TRP-4 hace que las células sean sensibles a los ultrasonidos de baja frecuencia. Cuando los investigadores añadieron TRP-4 a las neuronas de C. elegans que normalmente no lo tenían, pudieron activar estas células con una ráfaga de ultrasonidos, las mismas ondas sonoras que se utilizan en las ecografías médicas.

Sin embargo, cuando los investigadores intentaron añadir TRP-4 a las células de mamíferos, la proteína no fue capaz de hacer que las células respondieran a los ultrasonidos. Se sabía que algunas proteínas de mamíferos eran sensibles a los ultrasonidos, pero ninguna parecía ideal para su uso clínico.

Así que Chalasani y sus colegas se propusieron buscar una nueva proteína de mamífero que hiciera a las células altamente sensibles a los ultrasonidos a 7 MHz, considerada una frecuencia óptima y segura.

"Nuestro planteamiento fue diferente al de otros estudios anteriores, porque nos propusimos buscar canales sensibles a los ultrasonidos de forma exhaustiva", afirma Yusuf Tufail, coprimer autor del nuevo trabajo.

Los investigadores añadieron cientos de proteínas diferentes, de una en una, a una línea celular de investigación humana común (HEK), que no suele responder a los ultrasonidos. A continuación, sometieron cada cultivo celular a una configuración que les permitía controlar los cambios que se producían en las células tras la estimulación por ultrasonidos.

Después de examinar las proteínas durante más de un año y de trabajar con casi 300 candidatas, los científicos finalmente encontraron una que hacía que las células HEK fueran sensibles a la frecuencia de los ultrasonidos de 7 MHz. Se sabía que la proteína TRPA1, un canal, permitía a las células responder a la presencia de compuestos nocivos y activar una serie de células del cuerpo humano, incluidas las del cerebro y el corazón.

Pero el equipo de Chalasani descubrió que el canal también se abría en respuesta a los ultrasonidos en las células HEK. "Nos sorprendió mucho. El TRPA1 ha sido bien estudiado en la literatura, pero no ha sido descrito como una proteína mecanosensible clásica que se esperaría que respondiera a los ultrasonidos", dice el coprimer autor del trabajo, Marc Duque.

Para comprobar si el canal podía activar otros tipos de células en respuesta a los ultrasonidos, el equipo utilizó un método de terapia génica para añadir los genes del TRPA1 humano a un grupo específico de neuronas en el cerebro de ratones vivos. Cuando luego administraron ultrasonidos a los ratones, sólo se activaron las neuronas con los genes TRPA1.

Los médicos que tratan afecciones como la enfermedad de Parkinson y la epilepsia utilizan actualmente la estimulación cerebral profunda, que implica la implantación quirúrgica de electrodos en el cerebro, para activar determinados subconjuntos de neuronas.

Chalasani afirma que la sonogenética podría sustituir algún día a este método: el siguiente paso sería desarrollar un método de administración de terapia génica que pudiera atravesar la barrera hematoencefálica, algo que ya se está estudiando.

Quizá antes, la sonogenética podría utilizarse para activar células del corazón, como una especie de marcapasos que no requiere implantación. "Ya existen técnicas de administración de genes para introducir un nuevo gen -como el TRPA1- en el corazón humano. Si luego podemos utilizar un dispositivo de ultrasonidos externo para activar esas células, eso podría revolucionar realmente los marcapasos", afirma el investigador.

Por ahora, su equipo está llevando a cabo un trabajo más básico sobre la forma exacta en que TRPA1 percibe los ultrasonidos. "Para que este hallazgo sea más útil para futuras investigaciones y aplicaciones clínicas, esperamos determinar exactamente qué partes de TRPA1 contribuyen a su sensibilidad a los ultrasonidos y ajustarlas para mejorar esta sensibilidad", dice Corinne Lee-Kubli, coprimera autora del artículo.

También tienen previsto llevar a cabo otra búsqueda de proteínas sensibles a los ultrasonidos, esta vez en busca de proteínas que puedan inhibir, o apagar, la actividad de una célula en respuesta a los ultrasonidos.