No se puede mirar muy lejos en un pozo o debajo de la superficie del océano antes de que las cosas se oscurezcan; la luz no penetra a tales profundidades. Aunque el cerebro está lejos de no tener fondo, los neurocientíficos enfrentan la misma falta de luz cuandointentan estudiar las estructuras vivas del cerebro profundo. Esto es especialmente frustrante dado que la optogenética, un método para manipular células cerebrales etiquetadas genéticamente con luz, ha ganado una gran popularidad en la última década ". La optogenética ha sido una herramienta revolucionaria para controlar las neuronas en ellaboratorio y, con suerte, algún día en la clínica ", dice Thomas McHugh, líder del grupo de investigación en el Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN en Japón." Desafortunadamente, entregar luz dentro del tejido cerebral requiere fibras ópticas invasivas ".
McHugh y sus colegas ahora tienen una solución para enviar luz a nuevas profundidades en el cerebro. Como informan ciencia el 9 de febrero, las nanopartículas de conversión ascendente UCNP pueden actuar como un conducto para la luz láser emitida desde el exterior del cráneo. Estas nanopartículas absorben la luz láser del infrarrojo cercano y, a su vez, emiten fotones visibles a áreas que son inaccesibles para la optogenética estándar. Este métodose utilizó para activar neuronas en varias áreas del cerebro, así como para silenciar la actividad convulsiva y evocar células de memoria. "Las nanopartículas extienden de manera efectiva el alcance de nuestros láseres, lo que permite la entrega 'remota' de luz y potencialmente conduce a terapias no invasivas", diceMcHugh.
En optogenética, la luz azul-verde se usa para encender o apagar las neuronas a través de canales iónicos sensibles a la luz. Sin embargo, la luz en estas longitudes de onda se dispersa fuertemente y está en el otro extremo del espectro de la luz infrarroja cercana que puedepenetran más profundamente en el tejido cerebral. Los UCNP compuestos de elementos de la familia de los lantánidos pueden actuar como un puente. Su 'actuación optogenética' convierte la luz láser de infrarrojo cercano de baja energía en longitudes de onda azules o verdes para el control de células específicamente marcadas. Aunque tales ráfagas dela luz entrega una energía considerable a un área pequeña, no se observaron aumentos de temperatura o daño celular.
Además de activar neuronas, las UCNP también se pueden utilizar para inhibir, por ejemplo, para sofocar convulsiones experimentales en ratones. Los investigadores inyectaron nanopartículas sintonizadas para emitir luz verde en el hipocampo y luego las energizaron con pulsos de láser en la superficie del cráneo.. Las neuronas hiperexcitables se silenciaron eficazmente en estos ratones. En otra área del cerebro llamada tabique medial, la luz emitida por nanopartículas contribuyó a sincronizar las neuronas en una importante onda cerebral llamada ciclo theta. Y en ratones con recuerdos de miedo aprendidos, el comportamiento de congelación asociado conEstas experiencias fueron evocadas por UCNP emisores de luz azul, también en el hipocampo. Los efectos de activación neuronal, inhibición y recuperación de la memoria solo se observaron en ratones que recibieron estimulación optogenética mediada por nanopartículas, no en animales de control que recibieron luz láser sin una inyección de UCNP.
El recuerdo de la memoria en ratones también persistió en las pruebas dos semanas después. Esto indica que los UCNP permanecieron en el lugar de la inyección, lo que se confirmó mediante microscopía del cerebro. "Las nanopartículas parecen ser bastante estables y biocompatibles, lo que las hace viables por mucho tiempo.uso a largo plazo. Además, la baja dispersión significa que podemos apuntar a neuronas de manera muy específica ", dice McHugh. Las nanopartículas descritas en este estudio son compatibles con los diversos canales activados por luz que se utilizan actualmente en el campo de la optogenética y se pueden emplear para la activación neuronalo inhibición en muchas estructuras cerebrales profundas. Las nanopartículas podrían convertirse en una alternativa mínimamente invasiva a las fibras ópticas para la estimulación cerebral, y su interacción crónica con el tejido cerebral es parte de una investigación en curso.
Este estudio fue una colaboración entre científicos del RIKEN Brain Science Institute, la Universidad Nacional de Singapur, la Universidad de Tokio, la Universidad Johns Hopkins y la Universidad Keio.
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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