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Biología 26 ene 2016

Premio Fronteras a los impulsores de la optogenética, que usa la luz para conocer el funcionamiento del cerebro y modificarlo

Los neurocientíficos Edward Boyden, Karl Deisseroth y Gero Miesenböck han recibido el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina por desarrollar la optogenética, una técnica que utiliza la luz para activar o desactivar proteínas en las neuronas y así controlar su funcionamiento con una precisión sin precedentes.

En los últimos cinco años, miles de investigadores en todo el mundo han empezado a usar esta técnica nacida de la óptica y la genómica para estudiar funciones como el sueño, el apetito, la toma de decisiones, la percepción del tiempo o la formación de recuerdos. También se está utilizando para entender los mecanismos de enfermedades como la epilepsia, la enfermedad de Párkinson, la depresión e incluso algunas formas de ceguera.

El gran avance de la optogenética sobre las técnicas empleadas antes de su invención es que permite controlar exclusivamente la actividad de las neuronas seleccionadas utilizando luz de una longitud de onda adecuada. Anteriormente, se podía modificar la actividad de cientos o miles de neuronas. Con la optogenética se puede actuar únicamente sobre las neuronas en las que previamente se han introducido proteínas sensibles a la luz, y por lo tanto permite ser adaptada por los investigadores según el experimento.

Edward Boyden

Ed Boyden (Plano, Texas, EE.UU., 1979) se graduó en Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, y en Física en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), y se doctoró en Neurociencias en la Universidad de Stanford, donde trabajó con Deisseroth. En 1996 se incorporó como investigador al MIT, donde dirige el grupo de investigación de Neurobiología Sintética, encargado del desarrollo de herramientas para el mapeo, el control, la observación, y la construcción de circuitos dinámicos del cerebro. Además es investigador en el MIT McGovern Institute for Brain Research y el de catedrático asociado en el MIT Media Lab. Desde 2014 también codirige el Centro de Ingeniería Neurobiológica.

Karl Deisseroth

Imagen de Karl Deisseroth, premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina ©Saul Bromberger and Sandra Hoover. Stanford Engineering

Karl Deisseroth (Boston, Massachusetts. EE.UU. 1971) estudió Medicina en Stanford, donde se doctoró en Neurociencia. Acabó especializándose en Psiquiatría, especialidad que ejerce de forma simultánea con l la investigación. Es titular de la Cátedra DH Chen, catedrático de Bioingeniería y catedrático de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de la Universidad de Stanford. Ha formado parte del comité que concibió la Iniciativa BRAIN, lanzada por la Administración Obama en abril de 2013, para acelerar el desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías que permitan obtener imágenes dinámicas del cerebro que muestren cómo las células individuales del cerebro y las circuitos neuronales complejos interactúan a la velocidad del pensamiento.

Gero Miesenböck

Gero Miesenböck (Braunau, Austria, 1965), estudió Medicina en la Universidad de Innsbruck, donde se doctoró. Una estancia de tres meses en la Universidad de Umeå, Suecia (1989), le abrió la puerta a conocer del científico estadounidense James E. Rothman (premio Nobel de Medicina 2013). En 1992 se trasladó a EE.UU. para investigar junto a él en el Memorial Sloan-Kettering Cancer Center en Nueva York. Tras trabajar durante tres años en la Universidad de Yale como catedrático asociado de Biología Celular, llegó a la Universidad de Oxford en 2007. Desde entonces ejerce allí como titular de la cátedra Waynflete de Fisiología, cargo que compagina con el de director- fundador del Centre for Neural Circuits and Behaviour (CNBC).

Un teclado para dar instrucciones el cerebro

Como afirmó ayer Ed Boyden, tras conocer el fallo del jurado, “si imaginamos que el cerebro es como un ordenador, la optogenética es como un teclado que nos permite enviarle instrucciones muy precisas. Es una herramienta que nos permite un control exquisito del cerebro”.

En 2002 Miesenböck fue el primero en demostrar que efectivamente era posible controlar la actividad de las neuronas con luz. Lo hizo con células en cultivo, pero advirtió enseguida “que era una tecnología con un enorme poder transformador”. Sin embargo, Miesenböck recuerda que los revisores de su primer artículo no se dieron cuenta en absoluto del potencial de su descubrimiento. “Las técnicas innovadoras siempre tardan tiempo en calar”, afirma.

Su segundo gran avance se produjo en 2005, cuando con su ayudante postdoctoral Susana Lima logró utilizar la técnica en organismos vivos, en concreto la mosca de la fruta: activando solo dos de entre cientos de miles de neuronas, la optogenética hacía que las moscas empezaran a volar.

Sin embargo, la técnica desarrollada por Miesenböck tenía un inconveniente: las proteínas utilizadas producían una activación modesta de las neuronas, y además era poco probable que pudiera aplicarse a gran escala.

Karl Deisseroth y Ed Boyden aportarían la solución. Como Miesenböck, empezaron a trabajar con proteínas sensibles a la luz, pero durante años no avanzaron. Hasta que, en 2004, utilizaron un tipo de proteínas, recién descubiertas por otros grupos en una especie de alga verde, capaces de reaccionar a la luz de una forma mucho más eficiente.

Deisseroth y Boyden publicaron su trabajo en 2005. Desde entonces la técnica ha seguido refinándose, por ejemplo con proteínas que reaccionan a distintas velocidades y a diferentes tipos de luz, lo que amplía la variedad de funciones cerebrales que pueden ser estudiadas. Entre los neurocientíficos, el éxito de la optogenética no ha dejado de crecer.

El descubrimiento de Deisseroth y Boyden tampoco fue apreciado en su momento. Boyden recuerda que después del trabajo de 2005 -que fue rechazado por Science y Nature sufrió la negativa de al menos la mitad de las instituciones a las que fue a buscar trabajo: “Por entonces los neurocientíficos desconfiaban de la neurotecnología”.

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