Primero, los científicos de Salk usan ondas de sonido para controlar las células cerebrales.

Primero, los científicos de Salk usan ondas de sonido para controlar las células cerebrales.

Una nueva técnica para activar de forma selectiva y no invasiva grupos de neuronas en gusanos podría ser de gran ayuda para la ciencia y la medicina

Los científicos de LA JOLLA–Salk han desarrollado una nueva forma de activar selectivamente el cerebro, el corazón, los músculos y otras células utilizando ondas ultrasónicas. La nueva técnica, denominada sonogenética, tiene algunas similitudes con el creciente uso de la luz para activar las células a fin de comprender mejor el cerebro.

Este nuevo método, que usa el mismo tipo de ondas que se usan en los sonogramas médicos, puede tener ventajas sobre el enfoque basado en la luz, conocido como optogenética, particularmente cuando se trata de adaptar la tecnología a la terapéutica humana. Fue descrito el 15 de septiembre de 2015 en la revista Nature Communications.

“Las técnicas basadas en la luz son excelentes para algunos usos y creo que continuaremos viendo desarrollos en ese frente”, dice Sreekanth Chalasani, profesor asistente en Salk's Laboratorio de Neurobiología Molecular y autor principal del estudio. “Pero esta es una herramienta nueva y adicional para manipular las neuronas y otras células del cuerpo”.

En optogenética, los investigadores agregan proteínas de canal sensibles a la luz a las neuronas que desean estudiar. Al hacer brillar un láser enfocado en las células, pueden abrir estos canales de forma selectiva, ya sea activando o silenciando las neuronas objetivo. Pero usar un enfoque optogenético en células profundas del cerebro es difícil: por lo general, los investigadores tienen que realizar una cirugía para implantar un cable de fibra óptica que pueda llegar a las células. Además, la luz es dispersada por el cerebro y por otros tejidos del cuerpo.

Chalasani y su grupo decidieron ver si podían desarrollar un enfoque que, en cambio, se basara en ondas de ultrasonido para la activación. “A diferencia de la luz, el ultrasonido de baja frecuencia puede viajar a través del cuerpo sin dispersión”, dice. "Esto podría ser una gran ventaja cuando se desea estimular una región profunda del cerebro sin afectar otras regiones", agrega Stuart Ibsen, becario postdoctoral en el laboratorio Chalasani y primer autor del nuevo trabajo.

Por primera vez, las ondas de sonido se utilizan para controlar las células cerebrales. Los científicos de Salk desarrollaron la nueva técnica, denominada sonogenética, para activar de manera selectiva y no invasiva grupos de neuronas en gusanos que podrían ser de gran ayuda para la ciencia y la medicina.

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Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Chalasani y sus colegas demostraron por primera vez que, en el nematodo Caenorhabditis elegans, fueron necesarias microburbujas de gas fuera del gusano para amplificar las ondas de ultrasonido de baja intensidad. “Las microburbujas crecen y se contraen en sintonía con las ondas de presión del ultrasonido”, dice Ibsen. "Estas oscilaciones pueden luego propagarse de forma no invasiva en el gusano".

Luego, encontraron un canal iónico de membrana, TRP-4, que puede responder a estas ondas. Cuando las deformaciones mecánicas del ultrasonido que golpea las burbujas de gas se propagan en el gusano, hacen que los canales TRP-4 se abran y activen la celda. Armado con ese conocimiento, el equipo intentó agregar el canal TRP-4 a las neuronas que normalmente no lo tienen.
Con este enfoque, activaron con éxito neuronas que normalmente no reaccionan al ultrasonido.

Hasta ahora, la sonogenética sólo se ha aplicado a C. elegans neuronas Pero TRP-4 podría agregarse a cualquier tipo de célula sensible al calcio en cualquier organismo, incluidos los humanos, dice Chalasani. Luego, las microburbujas podrían inyectarse en el torrente sanguíneo y distribuirse por todo el cuerpo, un enfoque que ya se usa en algunas técnicas de imágenes humanas. Luego, el ultrasonido podría llegar de manera no invasiva a cualquier tejido de interés, incluido el cerebro, ser amplificado por las microburbujas y activar las células de interés a través de TRP-4. Y muchas células en el cuerpo humano, señala, pueden responder a las entradas de calcio causadas por TRP-4.

“El verdadero premio será ver si esto podría funcionar en el cerebro de un mamífero”, dice Chalasani. Su grupo ya ha comenzado a probar el enfoque en ratones. “Cuando damos el salto a las terapias para humanos, creo que tenemos una mejor oportunidad con los enfoques de sonogenética no invasiva que con la optogenética”.

Ambos enfoques, la optogenética y la sonogenética, agrega, son prometedores en la investigación básica al permitir que los científicos estudien el efecto de la activación celular. Y también pueden ser útiles en terapéutica a través de la activación de células afectadas por enfermedades. Sin embargo, para que cualquiera de las técnicas se utilice en humanos, los investigadores primero deben desarrollar formas seguras de administrar los canales sensibles a la luz o al ultrasonido a las células objetivo.

Otros investigadores del estudio fueron Stuart Ibsen y Ada Tong del Instituto Salk, y Carolyn Schutt y Sadik Esener del Universidad de California, San Diego.

El trabajo y los investigadores involucrados recibieron el apoyo de una beca posdoctoral del Salk Institute Pioneer Fund, una beca de innovación del Salk Institute, la Fundación Rita Allen, la Fundación WM Keck y del Los Institutos Nacionales de Salud.