Un chip en 3D podría mejorar el control cerebral
Un nuevo dispositivo permitirá a los científicos crear complejos patrones de actividad cerebral utilizando optogenética.
- Viernes, 30 de noviembre de 2012
- Por Courtney Humphries
- Traducido por Francisco Reyes (Opinno)
Control por luz: Esta micrografía óptica muestra una matriz tridimensional de sondas ópticas iluminadas en un patrón arbitrario usando un láser y espejos diminutos. El dispositivo optogenético puede activar células cerebrales según patrones preestablecidos.
La optogenética, que consiste en aplicar una fuente de luz a genes sensibles a la misma para activar o desactivar selectivamente células del cerebro, ha mostrado ser prometedora como herramienta de investigación y posible terapia. Sin embargo, la tecnología principalmente proporciona luz a un punto, mientras que la actividad cerebral generalmente implica complejas secuencias de activación en diferentes lugares. Un nuevo dispositivo hace que la optogenética cobre tres dimensiones y le otorga la capacidad de enviar patrones de luz a neuronas en diferentes coordenadas del cerebro.
"En los próximos años habrá muchos dispositivos como este", señaló Ilker Ozden, profesor asistente de investigación en el Laboratorio de Nanofotónica y Neuroingeniería de la Universidad Brown (Estados Unidos). Ozden no participó en la investigación, pero es uno entre varios investigadores dedicados a trabajar en tecnologías similares.
"El cerebro es un objeto en 3D", afirma Ed Boyden, autor principal del estudio y director del Grupo de Biología Sintética en el Laboratorio de Medios del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, en EE.UU.).
La mayoría de los estudios de optogenética hasta la fecha han utilizado solo una o dos fibras ópticas para activar o desactivar un fragmento de tejido cerebral. Diversos laboratorios están buscando formas de expandir su nivel de control. Mientras que el uso de una sola luz es como tocar una única nota, asegura Boyden, una sonda en 3D permite "jugar con el cerebro como si fuera un piano".
Hace dos años, el equipo de Boyden, en colaboración con el laboratorio de Clifton Fonstad en el MIT, creó una sonda optogenética lineal con múltiples pasajes paralelos para la luz llamados guías de onda. Esto permite que la luz se dirija a cualquiera de varios puntos distintos situados a lo largo de la longitud de la sonda.
El nuevo dispositivo, descrito el 20 de noviembre en Optics Letters, hace avanzar la tecnología aún más mediante la creación de un bloque implantable y microfabricado con estas pequeñas puntas. Cada una de ellas puede emitir luz en muchas profundidades diferentes. El equipo de Boyden utiliza una fuente de luz láser y una serie de pequeños espejos, que acercan o desvían la luz de las guías de onda individuales para crear un patrón en el tiempo y en el espacio, mientras que unas microlentes enfocan la luz a través de las guías de ondas hacia el cerebro. Espejos en los extremos de las guías envían la luz hacia las células.
El artículo no demuestra su uso en el cerebro, pero Boyden asegura que su equipo está actualmente implantando el dispositivo en el de ratones vivos y activando neuronas en patrones.
El objetivo es aumentar la cantidad de información y control que los actuales sistemas de optogenética son capaces de proporcionar. "Con una matriz 3D se pueden hacer muchas cosas que hasta ahora no eran posibles", indica Boyden. Por ejemplo, la tecnología puede ser utilizada para identificar sistemáticamente la región exacta de células responsables de un comportamiento específico, o para crear patrones generados aleatoriamente y estudiar su efecto.
También podría dar mucho más control y flexibilidad a prótesis neurales basadas en optogenética, que según Ozden deben proporcionar pautas de estimulación en diferentes áreas del cerebro para que sean realmente eficaces. Boyden afirma que otro objetivo a largo plazo es entender las secuencias específicas de la actividad cerebral relacionadas con procesos de enfermedad, o la respuesta del cerebro a las terapias. Estos patrones podrían ser utilizados como forma de probar la eficacia de un fármaco, o para desarrollar mejores intervenciones ante una enfermedad.
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