La optogenética es una técnica biológica que utiliza la luz para activar o desactivar grupos específicos de neuronas en el cerebro. Por ejemplo, se podría utilizar la estimulación optogenética para restablecer el movimiento en caso de parálisis o, en el futuro, apagar aquellas áreas del cerebro o de la columna vertebral que causan dolor, eliminando la necesidad y la cada vez mayor dependencia de opiáceos y otros analgésicos.
En optogenética, los científicos dopan a neuronas específicas con unas proteínas denominadas opsinas, que hacen que estas sean sensible a la luz y la conviertan en potenciales eléctricos que conforman la función de una neurona. Cuando un investigador iluminar un área del cerebro, activa solo las neuronas cargadas con opsina.
Las primeras interacciones de la optogenética involucran el envío de luz al cerebro a través de fibras ópticas, lo que implica que los sujetos de prueba tienen que estar físicamente conectados a una estación de control. Diferentes investigaciones han desarrollado técnicas sin baterías utilizando electrónica inalámbrica, lo que significa que los sujetos pueden moverse libremente.
Su embargo estos dispositivos aún tienen múltiples limitaciones: eran voluminosos y con frecuencia estaban pegados visiblemente fuera del cráneo, no permitían un control preciso de la frecuencia o intensidad de la luz, y sólo podían estimular un área del cerebro a la vez.
En la actualidad, la investigación liderada por el profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Arizona, Philipp Gutruf, fue más allá en el desarrollo de estos dispositivos logrando miniaturizar al máximo los mismos, por lo que se puede implantar en el cuero cabelludo, consiguiendo un mayor control digital sobre la intensidad y la frecuencia de la luz que se emite y con la capacidad de estimular de forma independiente múltiples lugares en el cerebro del mismo sujeto.
La investigación ha sido recientemente publicada en Nature Electronics.
Tomando más control y menos espacio
La capacidad de controlar la intensidad de la luz es crítica porque permite a los investigadores controlar de forma exacta a qué parte del cerebro está afectando la luz: cuanto más brillante es la luz, más lejos llegará. Además, controlar la intensidad de la luz significa controlar el calor generado por las fuente de luz y evitar la activación accidental de las neuronas que son activada por el calor.
Los implantes inalámbricos, sin batería, son alimentados por campos magnéticos oscilantes externos y, a pesar de sus capacidades avanzadas, no son significativamente más grandes o pesados que las versiones anteriores. Además, un nuevo diseño de la antena ha eliminado uno de los problemas que tenían las versiones anteriores de dispositivos optogenéticos, en el que la intensidad de la señal que se transmite al dispositivo varía según el ángulo del cerebro, por lo que si el sujeto gira la cabeza se debilita la señal.
“El nuevos sistema tiene dos antenas en un mismo encapsulado, cambiando la señal de un lado a otro de forma muy rápida para que podemos alimentar al implante en cualquier orientación. En el futuro, esta técnica podría proporcionar implantes sin batería que proporcionan una estimulación ininterrumpida sin la necesidad de retirar o reemplazar el dispositivo, lo que resultará en procedimientos menos invasivos que los marcapasos o técnicas de estimulación actuales”, declaró Gutruf.
Los dispositivos se implantan con un procedimiento quirúrgico simple similar a las cirugías en las que los humanos están dotados con neuroestimuladores o “marcapasos cerebrales”. No causan efectos adversos a los sujetos y su funcionalidad no se degrada en el cuerpo con el tiempo. Esto podría tener importantes implicaciones para dispositivos médicos con marcapasos, que en la actualidad deben reemplazarse cada cinco o quince años.
Créditos imágenes: Philipp Gutruf
