Optogenética: Controlando las neuronas con luz

El campo de la optogenética quizás no les sea familiar a mucha gente, pero esta tecnología permite que células modificadas genéticamente, en tejido vivo, sean controladas con rayos de luz. Con ello se busca entender cómo trabaja el cerebro en desórdenes neuronales como la enfermedad de Alzheimer, entre otras.

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En el Laboratorio Nacional de Livermore Lawrence (LLNL por sus siglas en inglés), los ingenieros, en conjunto con la Universidad de Michigan y la Universidad de Nueva York, han dado un paso interesante en el control de diferentes tipos de neuronas con optogenética. El equipo desarrolló un implante neuronal basado en silicio que puede controlar la actividad eléctrica de las células cerebrales iluminándolas con luces de diversos colores, todo en los cerebros de ratones despiertos.

El artículo, cuyo líder es Kopal Kampasi, quien hace su candidatura doctoral en la Universidad de Michigan, dijo que la tecnología está abriendo nuevas avenidas para hacernos más preguntas sobre los circuitos neuronales, lo que podría llevar a un mejor entendimiento sobre la complejidad de los circuitos llenos de neuronas.

“Y aunque la mayoría de las investigaciones en el campo de optogenética se enfocan en manipular un solo tipo de neurona, una a la vez, mandándole una luz monocromática, nuestra tecnología ofrece una solución multicolor sin necesidad de fibras ópticas, las cuales pueden controlar dos o más poblaciones de neuronas entremezcladas”, explica Kampasi, “y esto es un gran paso en optogenética porque los neurocientíficos pueden ahora manipular diferentes tipos de neuronas a nivel de un circuito local mientras que, simultáneamente, pueden grabar con alta calidad y bajo ruido, los datos eléctricos de estas células”, añade.

Kampasi dice que su dispositivo o elimina 3el uso de fibras ópticas invasivas integrando micro-lasers y guías de ondas para mandar la luz multicolor, haciendo la plataforma mucho más compacta, escalable y menos invasiva, manteniendo a la vez las características necesarias (de calor y eléctrica) para el implante neuronal.

El Instituto Nacional de la Salud (NIH por sus siglas en inglés), patrocinó el estudio de tres años, como parte de la iniciativa de la Casa Blanca, BRAIN, un esfuerzo público y privado para revolucionar el entendimiento del cerebro humano. Se enfoca en el desarrollo de neurotecnologías avanzadas para estudiar regiones más densas y más profundas en el cerebro como son el hipocampo, la parte responsable del cerebro para crear y retener los recuerdos.

El equipo de Kampasi desarrolló un optoelectrodo, el cual se implantó en cerebros de ratones por parte de Gyorgy Buzsaki, de la Universidad de Nueva York, en donde se busca entender cómo se forman los recuerdos y cómo es posible borrarlos, estudiando la interacción de diferentes tipos de células en el hipocampo.

Este estudio puede tener muchas implicaciones en el futuro, por ejemplo, crear una serie de tratamientos optogenéticos cuando ciertos trastornos puedan ser susceptibles al uso de optolectrodos.

Komal Kampasi et al. Dual color optogenetic control of neural populations using low-noise, multishank optoelectrodes, Microsystems & Nanoengineering (2018). 

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