ARRIBA: Tinci\u00f3n histol\u00f3gica de la corteza motora de rat\u00f3n Corinne Lee-Kubli, Chalasani Lab <\/p>\n
Hace m\u00e1s de una d\u00e9cada, los cient\u00edficos desarrollaron la optogen\u00e9tica, un m\u00e9todo para convertir las c\u00e9lulas se encienden y se apagan con la luz. La t\u00e9cnica permite a los cient\u00edficos estimular o suprimir la actividad el\u00e9ctrica de las c\u00e9lulas con solo pulsar un interruptor para separar las funciones de tipos de c\u00e9lulas espec\u00edficos. Pero debido a que la luz no penetra profundamente en los tejidos, los cient\u00edficos necesitan implantar quir\u00fargicamente fuentes de luz para iluminar las c\u00e9lulas debajo de la superficie de la piel o el cr\u00e1neo.<\/p>\n
En un nuevo estudio publicado hoy (9 de febrero) en Nature Communications<\/em>, <\/em>los investigadores informan que han encontrado una forma de utilizar el ultrasonido para activar de forma no invasiva las neuronas de los ratones, tanto en cultivo como en el cerebro de animales vivos. La t\u00e9cnica, que los autores llaman sonogen\u00e9tica, provoca actividad el\u00e9ctrica en un subconjunto de c\u00e9lulas cerebrales que han sido modificadas gen\u00e9ticamente para responder a las ondas de sonido.<\/p>\n Sabemos que el ultrasonido es seguro, dice el coautor del estudio Sreekanth Chalasani, un neurocient\u00edfico del Laboratorio de Neurobiolog\u00eda Molecular de Salks, le dice a The Scientist. <\/em>El potencial para el control neuronal es enorme. Tiene aplicaciones para marcapasos, bombas de insulina y otras terapias en las que ni siquiera se estaba pensando.<\/p>\n Jamie Tyler, ingeniero biom\u00e9dico de la Universidad de Alabama en Birmingham, que no particip\u00f3 en el estudio pero ha colabor\u00f3 anteriormente con algunos de sus autores, le dice a The Scientist<\/em> que el trabajo representa m\u00e1s que un simple paso adelante para poder usar el ultrasonido para controlar la actividad neuronal: muestra que la sonogen\u00e9tica es una t\u00e9cnica viable en c\u00e9lulas de mam\u00edferos .<\/p>\n Chalasani y sus colegas fueron pioneros en una t\u00e9cnica similar hace siete a\u00f1os en gusanos nematodos, Caenorhabditis elegans. <\/em>Los investigadores aprovecharon una prote\u00edna llamada TRP-4, un ion mecanosensible canal que ayuda a los gusanos a sentir cuando sus cuerpos se est\u00e1n estirando y que aparentemente es sensible al ultrasonido. En C. elegans<\/em>, agregar TRP-4 a las neuronas que normalmente no produc\u00edan los canales hizo que las neuronas fueran sensibles al ultrasonido. <\/p>\n El siguiente paso intente agregar TRP-4 a c\u00e9lulas de mam\u00edferos, pero cuando el equipo de investigaci\u00f3n lo intent\u00f3, no sucedi\u00f3 nada, dice Chalasani.<\/p>\n Durante los siguientes seis a\u00f1os, el laboratorio de Chalasanis continu\u00f3 esforz\u00e1ndose para lograr que la sonogen\u00e9tica funcione en mam\u00edferos . El equipo quer\u00eda que las c\u00e9lulas respondieran a ondas de 7 MHz, que consideran una frecuencia segura para los tejidos vivos.<\/p>\n El sonido es energ\u00eda mec\u00e1nica, por lo que observamos prote\u00ednas mec\u00e1nicamente sensibles, dice Chalasani. Pasamos 18 meses probando cada uno de ellos.<\/p>\n Uno por uno, los investigadores dise\u00f1aron 300 prote\u00ednas en c\u00e9lulas de ri\u00f1\u00f3n epitelial humano (HEK), una l\u00ednea celular de uso com\u00fan que normalmente no es sensible al ultrasonido. Su objetivo era dise\u00f1ar c\u00e9lulas HEK para producir receptores mecanosensibles en sus membranas que, cuando se activan con ultrasonido, permitir\u00edan el paso de iones cargados positivamente, lo que resultar\u00eda en una acumulaci\u00f3n de carga positiva dentro de la c\u00e9lula. En las neuronas, esta avalancha de iones producir\u00eda un potencial de acci\u00f3n.<\/p>\n Finalmente, los investigadores encontraron un canal i\u00f3nico mecanosensible que respond\u00eda a la estimulaci\u00f3n por ultrasonido. El receptor TRPA1<\/em>, tambi\u00e9n conocido como receptor de wasabi, es un canal de iones no selectivo que se encuentra naturalmente en muchas c\u00e9lulas de mam\u00edferos. Presente en el intestino, el colon, el est\u00f3mago, el es\u00f3fago, el cerebro y el coraz\u00f3n de muchos mam\u00edferos, se cree que el receptor ayuda a sentir el dolor, el fr\u00edo y el tacto. <\/p>\n Los investigadores dise\u00f1aron gen\u00e9ticamente neuronas de rat\u00f3n en una placa para producir hs<\/em>TRPA1 y descubrieron que hacerlo podr\u00eda inducir a las c\u00e9lulas a responder al ultrasonido. El siguiente paso fue usar una combinaci\u00f3n de transg\u00e9nicos y genes administrados viralmente para administrar hs<\/em>TRPA1 a las neuronas en lo profundo de la corteza motora en ratones vivos. Utilizando la histolog\u00eda, los investigadores demostraron que estos ratones solo expresaban hs<\/em>TRPA1 en las neuronas motoras corticales, lo que demuestra que, al igual que con la optogen\u00e9tica, los investigadores pod\u00edan modificar solo un subconjunto de c\u00e9lulas. La estimulaci\u00f3n ultras\u00f3nica a 7 MHz produjo movimiento en las patas delanteras y traseras de los ratones, lo que indica que la estimulaci\u00f3n ultras\u00f3nica probablemente estaba activando las c\u00e9lulas alteradas en la corteza motora. <\/p>\n Me pareci\u00f3 un estudio emocionante y brillante, le dice a The Scientist <\/em>Agrega que uno de sus puntos fuertes es que los investigadores encontraron prote\u00ednas <\/em>que funcionaban con frecuencias ultras\u00f3nicas altas. Y al trabajar a altas frecuencias, no alteran las neuronas sanas de ninguna manera. Seg\u00fan Maresca, el ultrasonido de baja frecuencia tiene muchos efectos extra\u00f1os en la funci\u00f3n cerebral.<\/p>\n Los investigadores a\u00fan no entienden completamente c\u00f3mo hs<\/em>TRPA1 detecta el ultrasonido. A diferencia de otros canales de la familia TRP, el receptor hs<\/em>TRPA1 no es tradicionalmente mecanosensible, dice Chalasani. Esta fue una gran sorpresa. Esto significaba que el ultrasonido no era en realidad solo un est\u00edmulo mec\u00e1nico. Le estaba haciendo algo m\u00e1s a la c\u00e9lula.<\/p>\n Los investigadores identificaron una parte de la prote\u00edna que parece ser importante para la sensibilidad al ultrasonido. Y encontraron que la prote\u00edna estructural actina probablemente est\u00e9 involucrada, ya que los compuestos que degradan la actina disminuyen la sensibilidad de las c\u00e9lulas al ultrasonido.<\/p>\n La membrana interna de las c\u00e9lulas est\u00e1 unida a la actina, explica Chalasani, por lo que nuestra predicci\u00f3n es que. . . el ultrasonido est\u00e1 cambiando la membrana externa [de las c\u00e9lulas] sin afectar la membrana interna. Esto, se\u00f1ala, agrega espacio entre las membranas, lo que posiblemente hace que las c\u00e9lulas sean m\u00e1s activas el\u00e9ctricamente. Lo que no sabemos es si pegar TRPA1 en estas membranas permitir\u00eda que la membrana se moviera a\u00fan m\u00e1s o menos.<\/p>\n Maresca dice que encontrar el mecanismo detr\u00e1s de la sensibilidad al ultrasonido hs<\/em>TRPA1 es la pregunta del mill\u00f3n para el campo. Los autores intentan dar algunas pistas sobre este mecanismo, pero creo que la comunidad en general todav\u00eda no comprende realmente c\u00f3mo una onda de ultrasonido activa una neurona, dice.<\/p>\n El potencial para el control neuronal es enorme.<\/p>\n Sreekanth Chalasani, Salk Institute<\/p><\/blockquote>\n Los investigadores dicen que esperan que la sonogen\u00e9tica alg\u00fan d\u00eda se use terap\u00e9uticamente en humanos.<\/p>\n El gran premio ser\u00e1 reemplazar el cerebro profundo estimulaci\u00f3n, dice Chalasani. La estimulaci\u00f3n cerebral profunda, un tratamiento para la depresi\u00f3n mayor y la enfermedad de Parkinson, actualmente se realiza implantando electrodos profundamente en el cerebro que estimulan las c\u00e9lulas con electricidad. Hipot\u00e9ticamente, la sonogen\u00e9tica podr\u00eda permitir a los m\u00e9dicos estimular los centros profundos del cerebro de forma no invasiva. Un principio similar podr\u00eda funcionar con el nervio vago, agrega Chalasani, un grupo de neuronas en el cuello que transporta informaci\u00f3n hacia y desde el cerebro y est\u00e1 dirigido a tratamientos para convulsiones, TEPT y depresi\u00f3n.<\/p>\n Tyler dice que est\u00e1 emocionado de ver desarrollos futuros en este proyecto, dado lo mucho que ha avanzado la optogen\u00e9tica en la \u00faltima d\u00e9cada. Hay todo un nuevo reino de posibilidades, dice. Es una nueva caja de herramientas que podemos comenzar a usar.<\/p>\n Maresca dice que tambi\u00e9n est\u00e1 entusiasmado con las posibles aplicaciones futuras de esta tecnolog\u00eda y dice que, con su enfoque, los investigadores podr\u00edan crear una biblioteca o un conjunto de herramientas de gen\u00e9tica similar. prote\u00ednas que podr\u00edan usarse en diferentes frecuencias, para diferentes aplicaciones y en diferentes tejidos, desde la piel hasta el cerebro.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" ARRIBA: Tinci\u00f3n histol\u00f3gica de la corteza motora de rat\u00f3n Corinne Lee-Kubli, Chalasani Lab Hace m\u00e1s de una d\u00e9cada, los cient\u00edficos desarrollaron la optogen\u00e9tica, un m\u00e9todo para convertir las c\u00e9lulas se encienden y se apagan con la luz. 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