¿Qué es la optogenética? Aplicaciones futuras a la práctica clínica

Abstract

RESUMEN: La optogenética es una técnica, desarrollada recientemente, que permite el control a través de la luz de la actividad de neuronas definidas genéticamente. Las células son primero modificadas genéticamente para expresar unas determinadas proteínas fotosensibles (opsinas), que son canales ionicos, bombas protónicas, o receptores acoplados a proteínas G. Luego, las células genéticamente modificadas son iluminadas con luz de una determinada longitud de onda, activando o inhibiendo los canales iónicos o las bombas de protones, produciéndose la despolarización o hiperpolarización, y consecuentemente la estimulación o inhibición celular. A lo largo del desarrollo de la optogenética, diferentes variantes de opsinas se han ido descubriendo o creando a través de ingeniería genética, por lo que ahora es posible estimular o inhibir la actividad neuronal o las vías de señalización intracelular, en escalas de tiempo rápidas o lentas, con luz de diferentes longitudes de onda. Esta tecnología permite un control celular con una alta resolución temporal y espacial. La optogenética ha revolucionado el campo de la neurociencia, abriendo nuevas oportunidades para el conocimiento de los mecanismos de la enfermedad neurológica y ofreciendo nuevas perspectivas en el tratamiento de patologías como la epilepsia, el Parkinson o la sección medular. La traslación de los estudios optogenéticos en animales a la práctica clínica, es un tema de futuro.

ABSTRACT: Optogenetics is a recently developed technology that can be used to control the activity of genetically-defined neurons with light. Cells are first genetically engineered to express a lightsensitive opsin, which is typically an ion channel, pump, or G protein–coupled receptor. When engineered cells are then illuminated with light of the appropriated wavelength, opsin-bound retinal undergoes a conformational change that leads to cannel opening or pump activation, cell depolarization or hyperpolarization, and neural activation or silencing. Since the advent of optogenetics, many different opsin variants have been discovered or engineered, and it is now possible to stimulate or inhibit neuronal activity or intracellular signaling pathways on fast or slow timescales with a variety of different wavelengths of light. This technology allows optical control of genetically targeted biological systems at high temporal and spatial resolution. The depolarization or silencing can be optically induced on a millisecond time scale. Optogenetics has revolutionized the field of neuroscience, it opens new opportunities for more systematic delineation of disease mechanisms and better treatments, in pathologies such as epilepsy, parkinson, and spinal cord secyions. Although recent developments in optogenetics have largely focused on neuroscience, it has lately been extended to other clinical applications, including cardiac and retinal pathology.