Óxido magnético controla actividad cerebral

La estimulación cerebral profunda que ahora consiste en insertar quirúrgicamente electrodos varios centímetros en el cerebro de una persona y su conexión a una fuente de alimentación fuera del cráneo, puede ser un tratamiento muy eficaz para los trastornos como la enfermedad de Parkinson, el trastorno obsesivo-compulsivo y la depresión. Sin embargo, el procedimiento es costoso, invasivo, no siempre funciona y puede ser riesgoso.

Ahora, un estudio en ratones apunta a una forma menos invasiva para ejercitar la actividad neuronal, mediante la inyección de nanopartículas metálicas en el cerebro y el control de éstas con campos magnéticos. Los principales desafíos técnicos deben ser superados antes de que el enfoque pueda ser probado en humanos, pero la técnica eventualmente podría proporcionar una alternativa inalámbrica, no quirúrgica para cirugía tradicional de estimulación cerebral profunda.

La inspiración de usar imanes para controlar la actividad cerebral en ratones fue primero del científico en materiales Polina Anikeeva mientras trabajaba en el laboratorio del neurocientífico-ingeniero Karl Deisseroth en la Universidad de Stanford en Palo Alto, California. En ese momento, Deisseroth y sus colegas fueron refinando la optogenética, una herramienta que puede cambiar conjuntos específicos de neuronas por temporadas en animales con haces de luz.

La optogenética ha revolucionado la forma en que neurocientíficos estudian al cerebro por lo que les permite manipular directamente los circuitos neuronales específicos. Pero ésto no es práctico para la estimulación profunda del cerebro humano. La técnica requiere que los animales se puedan modificar genéticamente para que sus neuronas respondan a la luz. La luz también se dispersa en el tejido cerebral. Así roedores en experimentos de optogenética deben permanecer atados a un cable de fibra óptica implantado quirúrgicamente que emite haces de láser directamente a la región del cerebro de interés.

A diferencia de la luz, los campos magnéticos de baja frecuencia pasan directamente a través del tejido cerebral como si fuera "transparente". Eso hace que esos tipos de campos magnéticos sean un vehículo ideal para la entrega de energía en el cerebro sin dañarlo. Los médicos siempre han tratado de hacer eso mediante la colocación de bobinas de campo magnético cerca de la cabeza del paciente. Esta llamada estimulación magnética transcraneal (TMS) inicia el flujo de pequeñas corrientes eléctricas en los circuitos neuronales debajo de las bobinas. Pero los campos magnéticos utilizados en TMS afectan sólo tejido cerebral cerca de la superficie del cerebro. Anikeeva, que ahora trabaja en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge, decidió ver si podía usar nanopartículas magnéticas para ir más profundo.

Estudios de cáncer anteriores habían demostrado que mediante la inyección de tumores con nanopartículas magnéticas hechas de hierro de óxido, esencialmente óxido con propiedades magnéticas bien afinadas, exponiéndolos a campos magnéticos alternando rápidamente nanopartículas excitados pueden ser utilizados para calentar y destruir tumores de cáncer mientras deja circundante, el tejido sano intacto. La pregunta era si un método similar podría utilizarse para estimular simplemente seleccione grupos de neuronas profundamente dentro del cerebro.

Para averiguarlo, ella y sus colegas del MIT dirigieron una clase de proteínas llamadas canales TRPV1, que se encuentran en las neuronas que responden al calor y ciertos productos químicos en los alimentos. Cada vez que se toca una plancha caliente o comer un pimiento picante, que contiene neuronas TRPV1-fuego. Anikeeva y sus colegas inyectaron a medida, partículas de óxido de hierro de 20 nanómetros en una región del cerebro de los roedores llamada área tegmental ventral (ATV), una estructura cerebral profunda estudiado bien esencial para la experiencia de recompensa, que desempeña un centro papel en los trastornos como la adicción y la depresión en las personas.

Neuronas que contienen TRPV1-son abundantes en esta región en los seres humanos, pero escaso en ratones. Así el equipo también inyectó a los roedores con un virus que aumentó la expresión de células del canal sólo dentro de esa área del cerebro.

Unos días más tarde, el equipo puso a los ratones por debajo de una bobina de 6,35 centímetros de diámetro hecha a la medida que emite ondas magnéticas alternando entre 10 hertzios y 10 milihertzios. Horas después de que el equipo aplicó los campos magnéticos, se sacrificaron los animales y se examinaron el tejido cerebral con un microscopio. Los ratones fueron una cepa de ingeniería previamente para producir un marcador fluorescente verde brillante en cualquier neuronas activas. Una amplia red de neuronas conectadas al VTA brillaba verde, lo que sugiere que los campos magnéticos habían estimulado efectivamente el circuito. Anikeeva y sus colegas encontraron resultados similares cuando esperaban un mes antes de aplicar la estimulación magnética, lo que sugiere que las nanopartículas soportaron en su lugar.

Para que el enfoque sea viable en humanos, los investigadores tienen que diseñar las nanopartículas que son muy selectivas en la posibilidad de dirigir las estructuras y las neuronas específicas del cerebro. Canales TRPV1 están ampliamente distribuidos en el cerebro humano, por lo que otro gran reto es encontrar la manera de entregar la estimulación sólo a las células los investigadores desean dirigirse.




Fuente: http://news.sciencemag.org/brain-behavior/2015/03/magnetic-rust-controls-brain-activity




Ariadna Celina Gutiérrez González
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