Un equipo de investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Saint Louis (EE.UU.), ha encontrado en la luz una nueva forma de activar los receptores del cerebro que dan respuesta para calmar el dolor. Se trata de la terapia fotodinámica que podría sustituir a los fármacos en ciertos casos.
Los fármacos opiáceos son utilizados actualmente para paliar el dolor cuando otras soluciones ya no hacen efecto. Su funcionamiento se basa en la interacción con los receptores opioides en las células del cerebro que emiten las respuestas para aplacar el dolor. Sin embargo estos medicamentos tienen efectos secundarios dañinos y existen diversas investigaciones en curso para encontrar sustitutos, algo que según los expertos de la Escuela de Medicina de la Universidad de San Louis podría suceder ya al descubrirse que la luz activa estos receptores.
Dispositivos micro-led inalámbricos permiten a investigadores utilizar la opto genética para descubrir información sobre los eventos moleculres y celulares que ocurren en el cerebro durante situaciones de estres, adicción, o depresion
Dispositivo micro LED en el cerebro
Con el fin de comprender mejor y para poder algún día proporcionar mejores tratamientos para la depresión, la adicción o la ansiedad, los investigadores de Saint Louis llevan tiempo utilizando unos dispositivos electrónicos minúsculos más finos que un cabello para identificar y mapear los circuitos neuronales del cerebro.
Michael Bruchas PhD, profesor asistente de anestesiología y neurobiología, y sus colegas han llevado a cabo estudios con dispositivos micro LED junto con un equipo de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign. Su investigación forma parte del campo en pleno desarrollo de la opto genética que utiliza los avances en genética para controlar células cerebrales individuales. Por ejemplo los científicos pueden tomar un gen activado con luz y dirigirlo a un tipo particular de neurona e insertar el gen en un ratón. A continuación es posible emitir luz en el cerebro del animal, ya sea para activar las neuronas o bien para inhibir su actividad.
Ya a finales de 2013 Bruchas y sus colegas utilizaban dispositivos minúsculos para investigar el funcionamiento del sistema interno de satisfacción de los ratones incitando a sus neuronas a producir dopamina, una sustancia química asociada con el placer cada vez que el ratón metía su nariz a través de un agujero en un lugar particular.
Su actual trabajo, cuyas conclusiones se publicaron en la revista Science Daily, ha consistido en “pegar” una proteína sensible a la luz presente en la retina (rodopsina) en los receptores cerebrales opioides tanto en laboratorio como en animales, para activar su trayectoria usando la luz de un dispositivo de fibra óptica láser. Asimismo demostraron que podían influenciar el comportamiento de ratones utilizando luz en lugar de fármacos para activar la respuesta de recompensa.
Comprender el funcionamiento de los receptores con la luz
Para Michael Bruchas trabajar con la luz en lugar de fármacos analgésicos facilita la comprensión de cómo funcionan los receptores dentro de la compleja red de células y circuitos neuronales y médula espinal. «Ha sido difícil determinar exactamente cómo trabajan los receptores opioides porque tienen múltiples funciones en el cuerpo “ mas allá de interactuar con los medicamentos analgésicos opiáceos. De hecho participan en la respiración, en la función del tracto gastrointestinal y desempeñan un papel en la respuesta de recompensa. Por ello, los investigadores han buscado una vía para limitar las funciones de los receptores opioides de modo que solo desempeñen una única tarea a la vez; y «resultó casi tan fácil como apretar un interruptor de la luz», dice Bruchas.
Combinando la proteína rodopsina, que detecta la luz en la retina del ojo, con un tipo específico de receptor opioide, los investigadores consiguieron construir un receptor que responde a la luz exactamente de la misma manera que los receptores opioides estándar responden a los analgésicos. Cuando un receptor opioide se expone a un analgésico, inicia una actividad en ciertas vías químicas específicas en el cerebro y en la médula espinal, y cuando los investigadores proyectaban la luz sobre los receptores que contenían rodopsina, se activaban las mismas vías del cerebro. Las neuronas en esta parte del cerebro liberan sustancias químicas como dopamina que propicia sentimientos de euforia.
Reemplazar algún día los fármacos por la luz
El objetivo de este estudio es desarrollar formas de utilizar la luz para calmar el dolor, una línea de investigación que también podría llevar al desarrollo de mejores fármacos con menos efectos secundarios. “Es posible que con mucho mas esfuerzo de investigación podamos desarrollar formas de utilizar la luz para aliviar el dolor sin que el paciente necesite tomar ningún fármaco” afirma Edward R. Siuda, primer autor y estudiante graduado del laboratorio de Michael Bruchas.
Primero probaron que su teoría funcionaba en un tubo de ensayo. A continuación implantaron un dispositivo LED del tamaño de un cabello humano en una región del cerebro de los ratones vinculada a la respuesta de recompensa. Después inyectaron en la misma región del cerebro los receptores sensibles a la luz que habían fabricado genéticamente comprobando que las neuronas de esa parte del cerebro liberaban sustancias químicas como la dopamina.
Los sentimientos de recompensa contra el dolor que generan los opiáceos se vuelven también en contra ya que favorecen un abuso de estos, un problema que se ha disparado en los últimos 10 años. Los pacientes desarrollan tolerancia y a veces adicción, todo ello sumado a otros efectos adversos como su potencial de ralentizar drásticamente la respiración de una persona y causar estreñimiento. Y en teoría, los receptores sintonizados a la luz no presentan estos efectos secundarios peligrosos.
Además, los investigadores fueron capaces de variar la respuesta de los animales en función de la cantidad y el tipo de luz emitida por el LED. Diferentes colores de la luz, una exposición más o menos prolongada y una luz por pulsos o constante producían efectos ligeramente diferentes.
La idea de este equipo es utilizar la luz para que produzca este mismo efecto ‘reparador’ mediante la activación- desactivación de ciertas células nerviosas sin que esto afecte a los otros receptores que los actuales fármacos desencadenan pero sin necesidad de emplear, por ejemplo, morfina. El equipo de Bruchas ya tiene en sus planes realizar futuros estudios que utilizarán receptores para probar las formas de controlar las células cerebrales que intervienen en el mecanismo del dolor y recompensa con luz en lugar de drogas. «Al activar los receptores con la luz estamos activando al cerebro para que libere más dopamina», explica Bruchas. «En lugar de una droga como la morfina, la luz ofrece la recompensa».
