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Interruptor de luz para control de la vejiga
Una startup de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland planea comercializar interruptores de luz molecular, una tecnología genética que se ha arraigado rápidamente en el mundo de la investigación. Desarrollada inicialmente en 2006, la tecnología consiste en inyectar pequeños fragmentos de ADN en animales vivos para permitir que neuronas específicas se controlen con luz. La empresa, llamada LucCell, se centrará primero en desarrollar terapias para restaurar el control de la vejiga en personas paralizadas.
Control de luz: Una neurona de la médula espinal (verde) que transporta la proteína canalrodopsina fotosensible; cuando recibe luz, la célula envía una señal al músculo del diafragma, lo que ayuda a un roedor paralizado a respirar.
El esfuerzo indica un interés creciente en el desarrollo de estas herramientas de investigación únicas para uso clínico. Ed Boyden, neurocientífico del MIT y uno de los inventores originales de la tecnología, formó una startup a principios de este año para desarrollar nuevas terapias para la ceguera. (Boyden es columnista de Technology Review). Es emocionante ver el interés en impulsar esta tecnología, que se consideraba una poderosa herramienta científica básica, en la clínica, dice Boyden.
Los interruptores de luz molecular contienen un gen para una proteína sensible a la luz derivada de las algas, llamada canalrodopsina-2, así como instrucciones moleculares que limitan su expresión a un subconjunto específico de células. El gen se envía al tejido diana a través de un virus, al igual que en la terapia génica. Una vez que se incorpora a la célula, el ADN desencadena la producción de una proteína que activa la célula cuando se expone a la luz.
El enfoque se ha convertido en una de las herramientas más novedosas en neurociencia y se está utilizando en todo el mundo para estudiar trastornos psiquiátricos y neurológicos como depresión, adicción y epilepsia, así como funciones cerebrales normales como el movimiento y la memoria.
LucCell se centrará principalmente en la función respiratoria y de la vejiga en personas paralizadas. En ambos casos, las señales del cerebro ya no pueden llegar a los músculos relevantes. La idea es hacer que las neuronas que controlan esos músculos sean sensibles a la luz; las células podrían encenderse o apagarse con una fuente de luz implantada. Creemos que la tecnología de interruptor de luz podría aplicarse más fácilmente a esos objetivos porque requieren solo uno o dos músculos: el diafragma para respirar y el esfínter externo para la función de la vejiga, dice Jerry Silver, neurocientífico de Case Western y presidente de LucCell. . Soy muy optimista de que podemos ayudar a la gente. Silver dirige la empresa con dos colegas de Case Western, Stefan Herlitze y Evan Deneris.
El año pasado, Silver y sus colaboradores demostraron que la canalrodopsina podría usarse para restaurar la función respiratoria en roedores paralizados. Los investigadores primero recrearon una lesión de la médula espinal de alto nivel en roedores, paralizando la mitad del diafragma. Luego inyectaron el interruptor en la médula espinal, cerca de los nervios que controlan el músculo lisiado. La luz brillante sobre esas células desencadenó contracciones musculares en el diafragma. El documento muestra una recuperación notable de la función respiratoria en el lado del animal con función deteriorada que duró un día incluso después de que se apagó la luz, dice Silver.
Los investigadores también están trabajando para restaurar el control de la vejiga, un problema para un gran porcentaje de personas paralizadas. Para vaciar la vejiga, una señal del cerebro viaja por la médula espinal, indicando al esfínter que se relaje y libere orina. Esa conexión se corta en una lesión de la médula espinal, lo que impide la micción normal. Un circuito local muy potente mantiene cerrado el esfínter, dice Silver, razón por la cual los pacientes deben cateterizarse ellos mismos, un proceso que puede provocar infecciones y otras complicaciones. Esto ocupa un lugar destacado en la lista de cosas que a las personas con parálisis les gustaría que se corrigieran.
Los investigadores ahora están probando un interruptor de luz molecular ligeramente diferente llamado rodopsina 4 de vertebrados, que apaga las células en respuesta a la luz en lugar de activarlas. Inyectar el gen en las neuronas que controlan el esfínter permitiría que esas células se apaguen en respuesta a la luz, permitiendo que el músculo del esfínter se relaje.
En última instancia, a los investigadores les gustaría combinar este interruptor de apagado con un mecanismo para apretar la vejiga, otra parte de la micción normal. Podríamos poner un interruptor en el núcleo que aprieta la vejiga, o podríamos trabajar con personas que aprietan la vejiga mediante estimulación eléctrica funcional, dice Silver. En la estimulación eléctrica funcional, los electrodos implantados se utilizan para controlar los músculos paralizados.
Los investigadores aún deben superar varios obstáculos para convertir la tecnología en un tratamiento práctico. Tendrán que descubrir cómo llevar de forma segura tanto el ADN como la luz a las células nerviosas adecuadas. LucCell está desarrollando una versión de los interruptores de luz que se entregan utilizando virus que ya son comunes en las terapias genéticas humanas. Los investigadores están colaborando con Boyden para modificar una fuente de luz implantable hecha de un láser o LED en miniatura conectado a una fibra óptica.
El mayor desafío será la seguridad, dice Karl Deisseroth, un neurocientífico de Stanford que no participó en la investigación. Debe preocuparse por cosas como la posibilidad de reacciones inmunes raras pero graves a las proteínas y los dispositivos. Debido a que la proteína se deriva de las algas, existe la preocupación de que pueda desencadenar una respuesta inmunitaria o resultar tóxica para la célula a largo plazo. A principios de este año, Boyden y sus colaboradores publicaron el primer artículo que prueba la tecnología de canalrodopsina en primates, que expresa la proteína en la corteza frontal de los monos macacos. Los animales no mostraron signos inusuales de daño nueve meses después. Pero dada la novedad de la tecnología, es probable que se requieran pruebas de seguridad exhaustivas.