La optogenética: nueva y prometedora ciencia híbrida por el Prof. Dr. D. Juan Carmelo Gómez Fernández, académico numerario

La optogenética es una ciencia de reciente aparición que utiliza la luz para estimular la activación de determinadas proteínas  y regular así procesos en ciertas células o tejidos, e incluso en animales y en quizás, en el futuro, en personas. Este método permite estimular con gran rapidez, que llega al milisegundo. Para disparar estas estimulaciones se usa luz de una longitud de onda precisa.

El desarrollo de esta tecnología comenzó con células aisladas. Se puede introducir en células aisladas, mantenidas en cultivo, genes procedentes de otras células y codifiquen proteínas sensibles a la luz. Si por ejemplo estas proteínas son canales iónicos de membrana podemos variar el potencial de membrana abriendo estos canales mediante la estimulación luminosa. Hay numerosas proteínas sensibles a la luz en la naturaleza y mediante ingeniería genética es posible su modificación para acomodarlas a necesidades concretas. Una primera aproximación consiste en añadir a las células ligandos “enjaulados”. Es decir ligandos inactivos que al ser iluminados por la luz adecuada se transforman en moléculas capaces de enlazarse a las proteínas diana, activándolas. Entre las proteínas utilizadas en optogenética están las opsinas procedentes de microorganismos que son sensibles a la luz y además son canales iónicos. El retinal es el cromóforo de las opsinas que cuando absorbe la luz provoca un cambio conformacional en la proteína y el disparo de la señal. Por ejemplo, la canalrodopsina se expresó en neuronas y puede producir su despolarización de la membrana, dando lugar a señales eléctricas, activándose mediante luz azul. De la misma forma se utilizan otras proteínas capaces de activarse por luz de otras longitudes de onda, como bacterirodopsina (arquebacterias), o como fitocromos de las plantas. Lo interesante s que no solamente se puede activar células nerviosas, sino que también se puede conseguir la contracción de células musculares, tanto de músculo cardiaco como de músculos lisos. Pero lo que aún es más interesante es que se ha conseguido realizar control neuronal mediante la luz en animales vivos de laboratorio. Esto abre un inmenso campo en primer lugar con respecto a la investigación del funcionamiento del cerebro, al poder activar células concretas y comprobar sus efectos. De esta manera se podrá avanzar en el estudio de enfermedades tales como el Parkinson, el Alzheimer, la depresión o la esquizofrenia.

Una aplicación en esta línea, ha sido lo realizado con ratas, en las que se implantaron fibras ópticas para estimular la corteza prelímbica. Previamente, esta zona cerebral se había tratado mediante inyección con un sistema de adenovirus, que translocó el gen de canalrrodopsina a estas células. Al estimular con luz amarilla que estimula esta canalrrodopsina, se consiguió la inhibición de estas zonas del cerebro que son responsables de la adicción a las drogas que impulsa a buscar un mayor consumo eliminándose de esta forma los impulsos de consumir droga debidos a la adicción (Chen y cols. Nature, 496, 359, 2013). En próximos artículos examinaremos otras aplicaciones concretas de la optogenética.