Dependemos de las ondas eléctricas para regular el ritmo de nuestros latidos cardíacos. Cuando esas señales salen mal, el resultado es una arritmia potencialmente fatal. Ahora, un equipo de investigadores de las universidades de Oxford y Stony Brook ha encontrado una manera de controlar con precisión estas ondas- utilizando la luz. Sus resultados se publican en la revista Fotónica de la naturaleza el 19 de octubre.
Tanto las células cardíacas en el corazón como las neuronas en el cerebro se comunican mediante señales eléctricas, y estos mensajes de comunicación viajan rápidamente de una célula a otra como 'ondas de excitación'. Curiosamente, estas ondas también se encuentran en una variedad de otros procesos en la naturaleza, de reacciones químicas a levaduras y amebas.
Para los pacientes cardíacos, actualmente hay dos opciones para mantener estas ondas bajo control: dispositivos eléctricos marcapasos o desfibriladores o medicamentos por ejemplo, betabloqueantes. Sin embargo, estos métodos son relativamente crudos: pueden detener o iniciar las ondas, pero no pueden proporcionarcontrol sobre la velocidad y dirección de las olas. Esto es como poder iniciar o detener un barco pero sin la capacidad de dirigirlo. Entonces, el equipo de investigación se propuso encontrar formas de dirigir las ondas de excitación, tomando prestadas herramientas del campo en desarrollo deoptogenética, que hasta ahora se ha utilizado principalmente en la ciencia del cerebro.
El Dr. Gil Bub, de la Universidad de Oxford, explicó: 'Cuando hay tejido cicatricial en el corazón o fibrosis, esto puede hacer que una parte de la onda se desacelere. Esto puede causar ondas entrantes que vuelven en espiral alrededor del tejido, causandoel corazón late demasiado rápido, lo que puede ser fatal. Si podemos controlar estas espirales, podríamos evitarlo.
'La optogenética utiliza la modificación genética para alterar las células para que puedan ser activadas por la luz. Hasta ahora, se ha utilizado principalmente para activar células individuales o para desencadenar ondas de excitación en el tejido. Queríamos usarlo para controlar con mucha precisión la actividadde millones de células '
Una proteína llamada canalrodopsina fue entregada a las células del corazón usando técnicas de terapia génica para que pudieran ser controladas por la luz. Luego, usando un proyector de luz controlado por computadora, el equipo pudo controlar la velocidad de las ondas cardíacas, su dirección yincluso la orientación de las espirales en tiempo real, algo que nunca antes se había mostrado para las ondas en un sistema vivo.
A corto plazo, la capacidad de proporcionar un control preciso significa que los investigadores pueden llevar a cabo experimentos con un nivel de detalle que antes solo estaba disponible utilizando modelos informáticos. Ahora pueden comparar esos modelos con experimentos con células reales, lo que podría mejorar nuestra comprensiónde cómo funciona el corazón. La investigación también se puede aplicar a la física de tales ondas en otros procesos. A la larga, podría ser posible desarrollar tratamientos precisos para las afecciones cardíacas.
La Dra. Emilia Entcheva, de la Universidad Stony Brook, dijo: 'El nivel de precisión recuerda lo que se puede hacer en un modelo de computadora, excepto que aquí se hizo en células cardíacas reales, en tiempo real.
'El control preciso de la dirección, velocidad y forma de tales ondas de excitación significaría un control directo sin precedentes de la función a nivel de órganos, en el corazón o el cerebro, sin tener que concentrarse en manipular cada célula individualmente. Esta terapia ideal se ha mantenido en elreino de la ciencia ficción hasta ahora '
El equipo enfatiza que hay obstáculos importantes antes de que esto pueda ofrecer nuevos tratamientos: un problema clave es poder alterar el corazón para que sea sensible a la luz y poder llevar la luz a los lugares deseados. Sin embargo, a medida que la terapia génica se mueveen la clínica y con la miniaturización de los dispositivos ópticos, el uso de esta tecnología totalmente óptica puede ser posible. Mientras tanto, la investigación permite a los científicos examinar la física detrás de muchos procesos biológicos, incluidos aquellos en nuestros propios cerebros y corazones.
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Materiales proporcionados por Universidad de Oxford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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