¿Qué es la optogenética?
La optogenética es el control de la acción celular mediante una combinación de técnicas genéticas y ópticas. Este método comenzó con el descubrimiento de productos bioquímicos que producen respuestas celulares cuando se exponen a la luz. Al aislar los genes que codifican estas proteínas, los científicos las usan para estimular respuestas de luz en otras células vivas. El conocimiento obtenido de la optogenética proporciona a los investigadores una mayor comprensión de los diversos procesos de la enfermedad.
En la década de 1970, los científicos descubrieron que ciertos organismos producen proteínas que controlan las cargas eléctricas que normalmente pasan a través de las membranas celulares. Estas proteínas causan la interacción entre las células cuando se exponen a ciertas longitudes de onda de luz. Estas proteínas, comúnmente conocidas como proteínas G, están codificadas por un grupo de genes conocidos como opsinas. Durante este tiempo, los investigadores encontraron que las bacteriorrodopsinas responden a la luz verde. Investigaciones posteriores descubrieron otros miembros de la familia opsin, como la canalrodopsina y la halorhodopsina.
Durante la década de 2000 a 2010, los neurocientíficos descubrieron que es posible extraer genes de opsina e insertarlos en otras células vivas, que luego adquieren la misma fotosensibilidad. Uno de los métodos utilizados inicialmente consistía en eliminar los genes de opsina, combinarlos con un virus benigno e insertarlos en neuronas vivas en una placa de Petri. Cuando las células inyectadas se expusieron a pulsos de luz verde, las neuronas respondieron abriendo canales iónicos. Con los canales abiertos, las células recibieron una afluencia de iones que hizo que fluyera una corriente eléctrica, iniciando la comunicación con otra neurona. Los científicos descubrieron que otras proteínas G responden a diferentes colores claros, inhibiendo o mejorando los canales de iones de calcio y la liberación de epinefrina.
La investigación finalmente progresó desde la aplicación de optogenética a un pequeño grupo de células vivas hasta el uso de sujetos de mamíferos vivos. Al introducir los genes de opsina en los cerebros de los ratones, las células comenzaron a producir las proteínas G. Con estas proteínas G y fibra óptica, los científicos pudieron controlar la tasa de activación de neuronas. También desarrollaron un método para convertir una pequeña fibra óptica en un electrodo para proporcionar una lectura eléctrica de la actividad celular. Esta interfaz cerebro-computadora permite a los investigadores evaluar y regular grupos específicos de células en cualquier parte del cerebro.
Al combinar la resonancia magnética (MRI) y la optogenética, los investigadores pueden mapear las actividades y vías neuronales dentro del cerebro. Al explorar las complejidades de la función neurológica, los médicos obtienen una mejor comprensión de lo que constituye la actividad cerebral normal y anormal. A diferencia de los medicamentos y la electroterapia, la optogenética permite la regulación de células y vías específicas. El conocimiento y la tecnología obtenidos de la optogenética también permiten el control de la función de las células cardíacas, los linfocitos y las células pancreáticas secretoras de insulina.