Científicos del Instituto Salk, en La Jolla, California, Estados Unidos, han desarrollado una nueva forma de activar selectivamente células del cerebro, el corazón, los músculos y otras células por medio de ondas ultrasónicas. La nueva técnica tiene algunas similitudes con el uso en auge de la luz para activar las células con el fin de entender mejor el cerebro.
Este nuevo método --que utiliza el mismo tipo de ondas empleadas en los sonogramas médicos-- puede tener ventajas sobre el enfoque basado en la luz conocido como optogenética, especialmente cuando se trata de adaptar la tecnología a la terapéutica humana, como se detalla en un artículo que se publica en la revista 'Nature Communications'.
'Las técnicas basadas en luz son excelentes para algunos usos y creo que vamos a seguir viendo avances en ese frente', dice el autor principal del estudio, Sreekanth Chalasani, profesor asistente en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk. 'Pero se trata de una nueva herramienta adicional para manipular las neuronas y otras células en el cuerpo', añade.
En la optogenética, los investigadores añaden proteínas de los canales sensibles a la luz a las neuronas que desean estudiar. Iluminando mediante un láser las células, se pueden abrir selectivamente estos canales, o bien activar o silenciar las neuronas diana. Pero el uso de un enfoque optogenético en las células profundas del cerebro es difícil: por lo general, los científicos tienen que realizar cirugía para implantar un cable de fibra óptica para poder llegar a las células, además de que la luz se dispersa por el cerebro y por otros tejidos en el cuerpo.
Chalasani y su equipo se propusieron ver si podían desarrollar un enfoque que se basara en las ondas de ultrasonido para la activación. 'En contraste con la luz, el ultrasonido de baja frecuencia puede viajar a través del cuerpo sin ningún tipo de dispersión', destaca. Esto podría ser una gran ventaja cuando se quiere estimular una región profunda del cerebro sin afectar a otras zonas', añade Stuart Ibsen, investigador postdoctoral en el laboratorio de Chalasani y otro de los principales autores del trabajo.
El equipo de científicos mostró primero que, en el nematodo 'Caenorhabditis elegans', se necesitaban microburbujas de gas fuera del gusano para amplificar las ondas de ultrasonido de baja intensidad. 'Las microburbujas crecen y se encogen en sintonía con la presión de las ondas de ultrasonido --señala Ibsen--. Entonces, estas oscilaciones pueden propagarse de forma no invasiva en el gusano'.
A continuación, encontraron que un canal iónico de membrana, TRP-4, puede responder a estas ondas. Cuando las deformaciones mecánicas de la ecografía golpean las burbujas de gas que se propagan en el gusano, hacen que se abran los canales TPR-4 y se active la célula. El equipo trató de añadir el canal TRP-4 a las neuronas que normalmente no lo tienen, de forma que las las neuronas que normalmente no reaccionan a los ultrasonidos, se activaron con éxito.
Hasta el momento, esta técnica sólo se ha aplicado a neuronas de 'C. Elegans', pero TRP-4 podría añadirse a cualquier tipo de célula sensible al calcio en cualquier organismo, incluyendo los seres humanos, según Chalasani. Entonces, las microburbujas pueden inyectarse en el torrente sanguíneo y distribuirse por todo el cuerpo, un enfoque que ya se utiliza en algunas técnicas de imagen humanas.
Así, el ultrasonido podría alcanzar de forma no invasiva cualquier tejido de interés, incluyendo el cerebro, siendo amplificado por las microburbujas, y activar las células de interés a través de TRP-4. Y muchas células en el cuerpo humano, señala Chalasani, pueden responder a los flujos de calcio promovidos por TRP-4. 'El verdadero premio será ver si esto podría funcionar en un cerebro de mamíferos', dice Chalasani, cuyo equipo ya ha comenzado a probar el enfoque en modelos experimentales.