Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han desarrollado una tecnología innovadora para explorar las conexiones entre el cerebro y el tracto digestivo. Utilizando fibras integradas con una variedad de sensores y fuentes de luz para la estimulación optogenética, los científicos han demostrado que pueden controlar los circuitos neuronales que conectan el intestino y el cerebro en ratones.
Según los resultados de la investigación, publicados recientemente en Nature Biotechnology, los investigadores han demostrado que pueden inducir sensaciones de saciedad o comportamientos de búsqueda de recompensas en ratones manipulando las células del intestino.
“Es realmente emocionante que podemos disponer ahora de una tecnología capaz de controlar la función intestinal y el comportamiento alimenticio. Y, lo que es más importante, tenemos la capacidad de comenzar a acceder a la diafonía entre el intestino y el cerebro con la precisión de milisegundos de la optogenética”, explica la científica Polina Anikeeva, autora principal del estudio.
En futuros trabajos, los investigadores esperan investigar las correlaciones observadas entre la salud digestiva y enfermedades neurológicas como el autismo y la enfermedad de Parkinson.
La conexión cerebro-cuerpo
El año pasado, el Instituto MacGovern del MIT creó el centro ‘K. Lisa Yang Brain-Body Center’ para estudiar la interacción entre el cerebro y otros órganos del cuerpo. En estas instalaciones la investigación se centra en iluminar cómo estas interacciones ayudan a dar forma al comportamiento y la salud en general, con el objetivo de desarrollar terapias futuras para una variedad de enfermedades.
Según la profesora Polina Anikeeva, hay una comunicación continua y bidireccional entre el cuerpo y el cerebro. Durante mucho tiempo, se pensó que el cerebro era un ‘tirano’ que envía señales a los órganos y controla todo. Sin embargo, ahora sabemos que también existe un feedback que controla algunas funciones que anteriormente atribuíamos exclusivamente al control neural central.
Para investigar las señales que pasan entre el cerebro y el sistema nervioso del intestino, llamado sistema nervioso entérico, Anikeeva y su equipo desarrollaron una interfaz electrónica. Esta interfaz consiste en fibras flexibles que pueden realizar diversas funciones y ser insertadas en los órganos de interés. Las fibras están diseñadas para llevar a cabo estimulación optogenética, liberar sustancias químicas y medir señales fisiológicas.
“Para poder realizar la optogenética intestinal y luego medir los efectos sobre la función y el comportamiento del cerebro, lo que requiere una prisión de milisegundos, necesitábamos un dispositivo que no existia. Así que decidimos hacerlo”, detalla el también autor principal de la investigación, Atharva Sahasrabudhe, estudiante de post-grado en el MIT.
Las propiedades mecánicas de las fibras se pueden adaptar para su uso en diferentes partes del cuerpo. Por ejemplo, para el cerebro, se crearon fibras más rígidas que pueden insertarse profundamente. Para los órganos digestivos, como el intestino, se diseñaron fibras más delicadas pero lo suficientemente resistentes para soportar el entorno del tracto digestivo.
Una característica destacada de esta tecnología es su capacidad de control inalámbrico a través de un circuito externo temporalmente adherido al animal durante un experimento. Esto permite estimular selectivamente diferentes tipos de células en ambos órganos y estudiar su comportamiento.
Utilizando esta interfaz, los investigadores realizaron una serie de experimentos para demostrar que podían influir en el comportamiento mediante la manipulación del intestino y el cerebro. Por ejemplo, estimularon optogenéticamente el área ventral tegmental (VTA) del cerebro, que libera dopamina, y observaron que los ratones buscaban repetidamente una cámara específica en busca de la recompensa de dopamina.
Además, los investigadores lograron inducir comportamientos de búsqueda de recompensa estimulando terminaciones nerviosas en el intestino que envían señales al nervio vago, encargado del control de la digestión y otras funciones corporales. Esto demostró que el control de funciones centrales se puede lograr estimulando la periferia, sin necesidad de manipular directamente el cerebro.
Otro hallazgo interesante fue la capacidad de suprimir el apetito de los ratones al estimular células que producen la hormona colecistoquinina, encargada de promover la saciedad. Además, se observó un efecto similar al estimular células que producen un péptido llamado PYY, que normalmente reduce el apetito después de consumir alimentos muy ricos.
Los investigadores planean utilizar esta interfaz para estudiar condiciones neurológicas que se cree tienen una conexión entre el intestino y el cerebro, como el autismo y el síndrome del intestino irritable. Este enfoque podría abrir nuevas posibilidades para manipular los circuitos periféricos y desarrollar tratamientos menos invasivos.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
https://www.nature.com/articles/s41587-023-01833-5
Créditos Imagen de Portada: MIT
