A continuaciòn les compartimos la traducciòn del texto original -del 24 de marzo del 2016- "Genetically engineered 'Magneto' protein remotely controls brain and behaviour", cuyo resguardo hecho el 25 de marzo del 2016, està disponible en el siguiente enlace:
https://web.archive.org/web/20160325092553/https://www.theguardian.com/science/neurophilosophy/2016/mar/24/magneto-remotely-controls-brain-and-behaviour
La proteína 'Magneto' de ingeniería genética controla remotamente el cerebro y el comportamiento.
Violento nuevo método que utiliza una proteína magnetizada, para activar las células cerebrales de forma rápida, reversible y no invasiva.
Investigadores en Estados Unidos han desarrollado un nuevo método para
controlar los circuitos cerebrales asociados con comportamientos
complejos en animales, utilizando ingeniería genética para crear una
proteína magnetizada que activa -a distancia- grupos específicos de
células nerviosas.
Entender cómo el cerebro genera el
comportamiento, es uno de los objetivos últimos de la neurociencia, asì
como una de sus preguntas más difíciles. En los últimos años, los
investigadores han desarrollado una serie de métodos que les permiten
controlar remotamente, grupos específicos de neuronas y sondear el
funcionamiento de los circuitos neuronales.
El más poderoso de ellos es un método llamado optogenética, que permite a los investigadores switchear (interruptor encendido/apagado) poblaciones de neuronas relacionadas, en una escala de tiempo milisegundo por milisegundo con pulsos de luz láser. Otro método desarrollado recientemente, llamado quimiogenética, el cual utiliza proteínas artificiales, que son activadas por medicamentos de diseño, y que pueden ser dirigidas a tipos celulares específicos.
Aunque poderosos, ambos métodos tienen inconvenientes. La optogenética es invasiva, requiriendo la inserción de fibras ópticas que entregan los pulsos de luz en el cerebro y, que además, en la medida en que la luz penetra en el tejido cerebral denso, es severamente limitada. Las aproximaciones quimiogenéticas superan ambas limitaciones, pero inducen reacciones bioquímicas que toman varios segundos, para activar las células nerviosas.
La nueva técnica, desarrollada en el laboratorio de Ali Güler, en la Universidad de Virginia en Charlottesville, y descripta en una publicación online avanzada en la revista Nature Neuroscience, no solamente es no es invasiva, sino que ademàs puede activar neuronas de forma rápida y reversible.
Varios estudios anteriores han demostrado que las proteínas de las células nerviosas que son activadas por el calor y la presión mecánica, pueden ser genéticamente modificados, para que se vuelvan sensibles a las ondas de radio y a los campos magnéticos, uniéndolos a una proteína llamada ferritina, que almacena hierro, o a partículas paramagnéticas inorgánicas. Estos métodos representan un avance importante -por ejemplo, ya se han utilizado para regular los niveles de glucosa en la sangre de ratones- pero implican múltiples componentes que tienen que ser introducidos por separado.
La nueva técnica se fundamenta en este trabajo reciente, y se basa en una proteína llamada TRPV1, que se encuentra en las terminaciones nerviosas y es sensible a la temperatura, y también a las fuerzas de estiramiento, que abren su poro central, permitiendo que la corriente eléctrica fluya a través de la membrana celular; esto evoca impulsos nerviosos que viajan a la médula espinal y luego hasta el cerebro.
Güler y sus colegas razonaron que las fuerzas de par magnético (o de rotación) podrían activar el TRPV4 tirando de su poro central, y por lo tanto usaron la ingeniería genética para fusionar la proteína a la región paramagnética de la ferritina, junto con secuencias cortas de ADN, que señalan a las células para transportar proteínas a la membrana de la célula nerviosa e insertarlas en ella.
Cuando introdujeron esta construcción genética, en las células renales embrionarias humanas que crecìan en cajas de Petri, las células sintetizaron la proteína de Magneto y la insertaron en su membrana. La aplicación de un campo magnético activó la proteína TRPV4 (de ingeniería), como lo demuestran los aumentos transitorios en la concentración de iones de calcio dentro de las células, que se detectaron con un microscopio de fluorescencia.
Luego, los investigadores insertaron la secuencia de ADN Magneto en el genoma de un virus, junto con el gen que codifica la proteína fluorescente verde, yjunto con secuencias de ADN reguladoras que hacen que el constructo se exprese solamente en tipos específicos de neuronas. Despuès inyectaron el virus en los cerebros de los ratones, apuntando a la corteza entorrinal [1], y diseccionaron los cerebros de los animales para identificar las células que emitían fluorescencia verde. Usando microelectrodos, mostraron que aplicando un campo magnético a las rebanadas cerebrales se activaba Magneto para que las células produjeran impulsos nerviosos.
Para determinar si Magneto se puede utilizar para manipular la actividad neuronal en animales vivos, inyectaron Magneto en larvas de pez cebra, apuntando a las neuronas en el tronco y la cola que normalmente controlan una respuesta de escape. Luego colocaron las larvas de pez cebra en un acuario magnetizado especialmente construido, y encontraron que la exposición a un campo magnético indujo maniobras en espiral similares a las que ocurren durante la respuesta de escape. (Este experimento involucró un total de nueve larvas de pez cebra, y los análisis posteriores revelaron que cada larva contenía alrededor de 5 neuronas expresando Magneto.)
En un experimento final, los investigadores inyectaron Magneto en el estriado de ratones de comportamiento libre, una estructura cerebral profunda que contiene neuronas productoras de dopamina que participan en la recompensa y la motivación, y luego colocaron a los animales en un aparato dividido ensecciones magnetizadas. Los ratones que expresaban Magneto, pasaban mucho más tiempo en las áreas magnetizadas que los ratones que no lo hacían, porque la activación de la proteína hacía que las neuronas estriadas que la expresaban, liberaran dopamina, por lo que los ratones se encontraban en esas áreas gratificantes. Esto muestra que Magneto puede controlar remotamente el disparo de neuronas en lo profundo del cerebro, y también controlar comportamientos complejos.
El neurocientífico Steve Ramírez, de la Universidad de Harvard, que utiliza la optogenética para manipular los recuerdos en el cerebro de los ratones, dice que el estudio es "badass".
"Los intentos previos (usando imanes para controlar la actividad neuronal) necesitaban múltiples componentes para que el sistema funcionara - inyectando partículas magnéticas, inyectando un virus que expresa un canal sensible al calor, (o) fijando la cabeza del animal, para que una bobina pudiera inducir cambios en el magnetismo," -explica. "El problema de tener un sistema multi-componente, es que hay mucho espacio para que cada pieza individual se rompa."
"Este sistema es un virus único y elegante que se puede inyectar en cualquier lugar del cerebro, lo que hace que sea técnicamente más fácil y menos probable que las campanas y silbatos se rompan" -añade, "y su equipo de comportamiento fue hábilmente diseñado para contener imanes, cuando fuera apropiado para que los animales pudieran moverse libremente."
"Magnetogenetics" es por lo tanto una adición importante a la caja de herramientas de los neurocientíficos, que sin duda se desarrollará más, y proporcionarà a los investigadores nuevas formas de estudiar el desarrollo y la función del cerebro.
Referencia:
Reference Wheeler, M. A., et al. (2016). Genetically targeted magnetic control of the nervous system. Nat. Neurosci., DOI: 10.1038/nn.4265 (Resumen)
_________
Notas:
[1]
La siguiente imagen es una actualizaciòn hecha el 29 de mayo del 2021 que consideramos que puede enriquecer el texto que le sucede.
"¿Qué es la corteza entorrinal?
La corteza entorrinal es una región del cerebro situado en el temporal ventromedial, concretamente localizada en la circunvolución parahipocámpica de forma caudal a la corteza olfatoria del uncus y en contacto directo con el hipocampo. Incluye las áreas de Brodmann 28 y 34, y limita con la corteza perirrinal y el surco lateral.
Esta región cerebral tiene múltiples conexiones con diferentes áreas del cerebro. Conecta con las vías olfativas y visuales y con diferentes estructuras de los lóbulos temporal, parietal y frontal (incluyendo la corteza orbitofrontal. Sin embargo la estructura con quien mayor nivel de conexión posee es el hipocampo, sirviendo como centro de relevo que distribuye la información que entra o sale de él y ejerciendo de puente entre ésta y otras áreas del cerebro. La vinculación entre hipocampo y corteza entorrinal se lleva a cabo a través de la conocida como vía perforante.
Es considerada un área de asociación que termina de integrar y enviar la información al hipocampo, así como también una parte relevante del sistema límbico, recibiendo aferencias por parte de la amígdala y contribuyendo a dotar a la información sensorial de componentes emocionales en la memoria.
Funciones principales
La corteza entorrinal tiene un muy importante papel en nuestro organismo, permitiendo la realización, integración y buen funcionamiento de un gran número de funciones cognitivas. Algunas de las funciones en las que más se ha visto implicada esta parte de la corteza son las siguientes.
1. Centro de relevo
Tradicionalmente su función más conocida, uno de los múltiples papeles de la corteza entorrinal es la de permitir que la información del resto de la corteza llegue al hipocampo y a su vez que la que surge del hipocampo llegue al resto del encéfalo.
2. Memoria: formación y consolidación de recuerdos
La corteza entorrinal es considerada uno de los núcleos cerebrales más relevantes en lo que se refiere a la capacidad de memoria, siendo el puente mediante el cual llega y se envía información al o desde el hipocampo.
Se trata de una región fundamental en la formación y consolidación de recuerdos, De hecho, la lesión de la corteza entorrinal puede dificultar o incluso imposibilitar la codificación y grabar nuevo contenido o información, produciendo amnesia anterógrada.
Un aspecto a remarcar es que esta corteza está activa durante el sueño, especialmente en el REM, algo vinculado a su papel en la consolidación de los recuerdos en la memoria.
- Quizás te interese: "[Tipos de memoria: ¿cómo almacena los recuerdos el cerebro humano?](Tipos de memoria: ¿cómo almacena los recuerdos el cerebro humano?)"
3. Gnosias
La corteza entorrinal no solo es importante en la formación de recuerdos, sino también en el reconocimiento de estímulos. Y es que está profundamente vinculada a la memoria semántica, la que nos dicta qué son las cosas que vemos y nos permite reconocerlas.
4. Asociación información visual y auditiva
Esta región cerebral también tiene un importante papel a nivel asociativo, siendo un área en la que se integra la información auditiva y visual. En realidad, a través de la corteza entorrinal pasa información referente a todos los sentidos, si bien dicha información llega directamente de áreas de asociación multimodal (es decir, que no llega únicamente la información de un sentido sino directamente la integración de varios)..
5. Navegación espacial
Otra de las funciones en las que se observado la implicación de la corteza entorrinal es en la orientación y navegación espacial. Esta área es la que nos permite saber en qué dirección nos desplazamos, estando implicada en la formación de mapas mentales.
6. Codificación de olores
La corteza entorrinal también tiene un papel relevante en lo que se refiere al sistema olfativo. Concretamente, se ha visto asociada a la capacidad de codificar la intensidad del olor y en la asociación de los olores con recuerdos.
Algunos trastornos asociados
La corteza entorrinal es una región cerebral importante cuya lesión puede tener múltiples consecuencias y efectos. Principalmente se producen alteraciones de memoria y reconocimiento, pero también aparecen dificultades a nivel de orientación, problemas visuales y motores.
Entre algunos de los principales trastornos en los que se ha visto la existencia de lesiones en la corteza entorrinal (generalmente conjuntas a las del hipocampo), podemos los siguientes.
1. Síndrome amnésico
Se entiende por síndrome amnésico a aquella alteración de la memoria derivada de algún tipo de lesión cerebral (no se incluyen en el síndrome las amnesias psicógenas o producidas por alteraciones mentales no orgánicas).
En el síndrome amnésico se produce fundamentalmente una amnesia anterógrada en la que el sujeto no es capaz de grabar nueva información, algo que puede o no ir acompañado de amnesia retrógrada (no recuerdo de los sucesos anteriores de la vida del sujeto). Tradicionalmente vinculado a problemas hipocampales, en este tipo de síndromes suele darse también una importante afectación de la corteza entorrinal y perirrinal.
2. Alzheimer
Múltiples autores e investigadores consideran que la corteza entorrinal es uno de los puntos en los que se origina el Alzheimer, siendo una de las primeras áreas que se ven afectadas por esta enfermedad. Concretamente, se observa neurodegeneración generada por la acumulación de proteína tau en la parte lateral de la corteza entorrinal, así como la formación de placas de beta-amiloide. Ello posteriormente se irá expandiendo a lo largo de la corteza temporal y finalmente al resto del encéfalo según la enfermedad vaya avanzando.
- Quizás te interese: "Alzheimer: causas, síntomas, tratamiento y prevención"
3. Agnosias
Si bien no estamos ante un trastorno en sí, si no más bien ante un síntoma, la agnosia se entiende como la falta de reconocimiento de las propiedades de un estímulo con el que estamos familiarizados. La presencia de lesiones en la corteza entorrinal puede dificultar este proceso, al vincularse a la memoria hipocámpica. Por ejemplo, puede desaparecer el reconocimiento de olores. [2]
Referencias bibliográficas
- Chadwick, M.J,; Jolly, A.E.; Amos, D.P.; Hassabis, D. & Spiers, H.J. (2015). A Goal Direction Signal In the Human Entorhinal/Subicular Region. Current Biology, 25: 87-92.
- Khan, U.A.; Liu, L.; Provenzano, F.A.; Berman, D.E.; Profaci, C.P.; Sloan, R.; Mayeux, R.; Duff, K.E. & Small, S.A. (2014). Molecular drivers and cortical spread of lateral entorhinal cortex dysfunction in preclinical Alzheimer’s disease. Nature Neuroscience, 17: 304–311.
- Rolls, E.T.; Kringelbach, M.L. & de-Araujo, I.E. (2003). Different representations of pleasant and unpleasant odours in the human brain. Eur J Neurosci; 18: 695-703.
- Stedman, T.L. (1990). Stedman’s Medical Dictionary, 25th Edition. William & Wilkins."
[2]
Me hace recordar la anosmia padecida por muchos de los contagiados con coronavirus.
_________
Traducciòn:
Beatriz Eugenia Andrade Iturribarrìa.
euzkera
2805-2021