il·luminant neurones

Existeixen vàries imatges que podem associar amb la llum i el cervell. Per exemple la ja clàssica bombeta brillant quan se’ns ocorre una idea genial, com posar la nocilla dins una madalena quan no tenim pa. Però avui et parlaré d’una relació entre llum i cervell molt menys metafòrica, d’un camp de recerca emergent anomenat optogenetics, “opto” per òptica i “genetics” per ... osti, pos ara no m’enrecordo per què. Aquesta nova disciplina està obrint les portes d’una tecnologia que permet fer coses asombroses com controlar el comportament neuronal mitjançant la llum i fer que mosques sense cap es posin a volar quan nosaltres els indiquem que ho facin.

Els primers intents d’estudiar la resposta de cèl•lules neuronals a estímuls mitjançant la llum es van realitzar utilitzant fluorocroms, molècules capaces d’emetre llum en resposta a un flux elèctric. D’aquesta manera posant fluorocroms a dins les neurones es podia veure com aquestes responien a l’activitat elèctrica emetent llum. D’aquí es va passar a l’ús de la proteïna fluorescent GFP (Green Fluorescent Protein, guanyadora de l’últim Nobel), ja que així es podien estudiar les respostes neuronals a certs estímuls d’una forma més específica i acurada.



Però l’autèntic gir en aquest camp el van donar Gero Miesenböck, Boris V. Zemelman i Susana Q. Liman en plantejar-se el problema totalment a l’inrevés. Van preguntar-se si era possible controlar a voluntat una determinada neurona o un petit grup d’aquestes cèl•lules. Imagina que vols estudiar el paper d’un grup de neurones d’un cervell. Una bona forma de fer-ho és activant aquestes neurones i observant quins efectes té aquesta activació sobre l’organisme. Per exemple, activem un grup de neurones del cervell de Zapatero i aquest immediatament diu “Aprovaré el estatuto que salga del parlamento de Catalunya”. Llavors sabries que aquell grup de neurones està relacionat amb mentir vilment.

D’acord, però com activem aquestes neurones específicament? Caldria que aquestes poguessin respondre a un estímul que les demés neurones no puguin captar. I els tres investigadors van trobar la solució en la llum. Si fem aquestes neurones fotosensibles, només aplicant llum al cervell podrem fer que s’activin elles exclusivament. La idea és brillant (oooooh quin acudit) però com ho posem en pràctica?

Ens caldran dues coses fonamentals, per una banda el que ells van anomenar Actuator. Aquest havia de ser una mena de dispositiu que fos fotosensible i pogués transmetre un impuls elèctric a una neurona en concret. Nanotecnologia? Pos No!. No cal, aquests dispositius ja fa temps que existeixen, molt de temps. De fet van ser inventats per la natura quan els primers éssers complexes van desenvolupar els ulls. Es tracta de les rhodopsines, unes proteïnes que es troben a les cèl•lules fotosensibles dels ulls. En contacte amb la llum, les rhodopsines obren porus a la membrana de la cèl•lula, deixant passar ions a través d’ella. Els ions, en tindre càrrega elèctrica, generen els polsos elèctrics que transmeten l’impuls nerviós degut als canvis de potencial que es genera a una banda i l’altra de la membrana de la neurona . Per tant, calia insertar Rhodopsines a les neurones mitjançant enginyeria genètica. El resultat seria una neurona fotosensible que s’activaria en presència de llum.

Tenien el primer component, l’Actuator. El segon era el model que utilitzarien. Quin organisme utilitzar?. La seva idea era posar rodhopsines a unes neurones concretes dins un cervell funcional. Per tant calia que el model fos un ésser amb cervell, però aquest cervell havia de ser el suficientment accessible com per poder il•luminar-lo en la seva totalitat i que la llum arribés a les neurones fotosensibles sense problemes, pel que calia que fos un cervell força simple. Segurament van pensar en certs personatges, però es van decantar per la mosca de la fruita (que difereix dels anteriors personatges en l’aspecte i la grandària). Es tracta d’un organisme molt conegut i estudiat i, a més, fàcil de manipular.



Tenien tot el que feia falta. Només calia definir quines neurones del cervell de la mosca farien fotosensibles. I es van fixar en un grup de funció ja coneguda. Són unes 150000 neurones encarregades de desencadenar una resposta automàtica lligada a la supervivència de la mosca, que la fa fugir en detectar una amenaça. Quan aquest petit grup de neurones s’activa, la mosca fa un salt i surt volant. Van posar les Rhodopsines a l’interior d’aquestes neurones mitjançant enginyeria genètica i van deixar les mosques a les fosques. Seguidament van activar un flash (en realitat era un làser el suficientment potent per poder il·luminar tot el cervell) i Bingo! Les mosques van sortir esperonades arreu. La llum havia activat les neurones fotosensibles i s’havia desencadenat la resposta de fugida ... o no?

El sentit comú va vindre a xafar-los la guitarra. No podia ser que les mosques s’espantessin en veure el flash i fos aquest el motiu de que sortissin volant? Macagun! Tanta feina i enginyeria per trobar-nos com al principi? Doncs res, a grans problemes grans remeis. Per estar segurs de que la reacció de les mosques no es devia a que el flash les espantava van decidir fer un experiment cruel, molt cruel. Aquestes mosques poden viure sense cap durant un dia o dos. Així que els hi van tallar el cap deixant intacte el grup de neurones d’interès allotjat a la medul•la espinal de la mosca (de fet, a la zona de la mosca equivalent a la nostra medul•la espinal).

De nou van provar el flash... i ara sí!. Les mosques continuaven saltant i iniciant el vol. Tot i que els mateixos autors reconeixen que, en no tindre cap, es muntaven uns periples força incoherents i els seus vols acostumaven a acabar amb una sublim i estrepitosa òstia contra alguna paret. Però de fet, per anar sense cap, tampoc està tan malament.

A partir d’aquest punt, l’optogenètica s’ha aplicat a altres organismes com cucs i fins i tot ratolins, en aquests últims usant fibra òptica per il•luminar neurones convertides en fotosensibles gràcies a l’enginyeria genètica. I s’ha pogut estudiar així quines neurones estan lligades a reconeixement d’olors, selecció de parella o control de la son entre altres coses. Es pensa que podrien aplicar-se aquestes tècniques a humans per poder controlar certes malalties cerebrals com ara el Parkinson. El problema aquí es troba en que caldria fer ús de la teràpia gènica per expressar les Rhodopsines en certes neurones, i això actualment és inaplicable. De moment, però, l’optogenètica ha donat una important empemta a l’estudi de l’òrgan més complex, el cervell.