Científicos de la Universidad Washington en San Luis, Estados Unidos, han logrado manipular la actividad de neuronas específicas en el cerebro profundo con una nueva herramienta no invasiva, que integra genética y ultrasonido. El avance podría hacer viables nuevas estrategias terapéuticas para combatir patologías como la epilepsia o el Mal de Parkinson.
La estimulación cerebral es cada vez más utilizada en el tratamiento de diferentes enfermedades: el ultrasonido, por ejemplo, ha demostrado ser eficaz en varios de estos contextos. Algo similar sucede con la optogenética, que aplica luz como estímulo en zonas seleccionadas genéticamente.
Sin embargo, todas estas variantes suelen tener una limitación: el acceso a las áreas más profundas del cerebro, donde se comandan muchas de las funciones primordiales del ser humano. Acceder al cerebro profundo es la llave para dilucidar misterios relacionados con la actividad neuronal y con la forma de tratar gran parte de las enfermedades mentales.
En profundidad
La nueva técnica de estimulación cerebral utiliza ultrasonido enfocado para activar y desactivar tipos específicos de neuronas en el cerebro, controlando con precisión la actividad motora de forma no invasiva, ya que no requiere la implantación de un dispositivo quirúrgico.
Según una nota de prensa, el nuevo enfoque se denomina sonotermogenética: integra el efecto del calentamiento inducido por ultrasonido y la genética. Sus efectos han sido comprobados en roedores, en el marco de un desarrollo que podría conducir a una nueva visión en el estudio del cerebro profundo.
De acuerdo a las conclusiones de la investigación, publicada en la revista Brain Stimulation, se trata del primer trabajo que confirma que la estimulación combinada del calor por ultrasonido y las técnicas genéticas permite controlar objetivos concretos en el cerebro profundo.
En investigaciones previas, los científicos habían comprobado que el ultrasonido enfocado podía modular distintas características en el cerebro profundo, culminando en el control de la actividad de ciertas neuronas. Pero el desafío era lograr estimular estas vías a través del calor o de alguna metodología que no implicara estrategias quirúrgicas.
Ultrasonido, calor y genética
¿Cómo trabaja esta nueva técnica? De acuerdo a los estudios realizados en ratones, los científicos aplicaron emisiones casi imperceptibles de calor mediante ultrasonido en neuronas seleccionadas genéticamente. Para ello emplearon un dispositivo móvil ubicado en la cabeza de los roedores, que no requiere de ninguna intervención quirúrgica y que además les permite moverse sin limitaciones.
Los investigadores explicaron que el calor aplicado por ultrasonido es levemente superior en cuanto a temperatura que el propio calor corporal de los animales. Esta estimulación térmica propiciada por las técnicas de ultrasonido logró activar un canal iónico: el mismo hizo las veces de «interruptor», para de esta forma «encender» o «apagar» a las neuronas colocadas como objetivo.
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Ventajas importantes
En el caso de la optogenética, una de las técnicas mencionadas previamente, la limitación principal es su escasa capacidad de profundización en las estructuras cerebrales. Además, requiere implantar fibras ópticas de forma quirúrgica, aunque ha permitido descubrir nuevos circuitos neuronales.
Por el contrario, la sonotermogenética desarrollada en el nuevo enfoque permite acceder a cualquier lugar del cerebro con una precisión milimétrica, sin causar ninguna clase de daño en las estructuras cerebrales.
Entre sus principales ventajas, la nueva herramienta puede movilizarse sin inconvenientes para orientar su acción hacia distintas zonas del cerebro. Además, reúne las condiciones necesarias para ser aplicada en animales de mayor tamaño y, posteriormente, en el ser humano.
Referencia
Sonothermogenetics for noninvasive and cell-type specific deep brain neuromodulation. Yang Y, Pacia C, Ye D, Zhu L, Baek H, Yue Y, Yan J, Miller M, Cui J, Culver J, Bruchas M, Chen H. Brain Stimulation (2021).DOI:https://doi.org/10.1016/j.brs.2021.04.021
Foto: Gerd Altmann en Pixabay.
Video: WashU Engineering en YouTube.
