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Las aproximaciones no invasores del neuromodulation pueden prevenir cirugía invasor en los pacientes de Parkinson

De optogenetics al sonogenetics al magnetognetics, los científicos en todo el mundo están investigando nuevas técnicas para tratar la enfermedad de Parkinson sin la necesidad de la cirugía invasor.

Todavía no hay tratamiento que puede invertir los efectos de la enfermedad de Parkinson, una condición estimada para afectar 10 millones de personas de por todo el mundo. Mientras que la esperanza de vida aumenta, el número de gente que sufre de esta enfermedad se fija para subir en el futuro, haciendo la necesidad del tratamiento efectivo una prioridad.

Los doctores prescriben la medicación oral para aliviar los síntomas principales y, para algunos pacientes, para utilizar el estímulo profundo del cerebro. Los electrodos estimulan las áreas afectadas y relevan las reacciones inducidas por la enfermedad tal como temblor o rigidez.

Sin embargo, esta técnica presenta retos importantes porque los cirujanos tienen que perforar un orificio en el cráneo para implantar los electrodos. ¿Pero qué si podríamos controlar las neuronas sin la necesidad de este procedimiento invasor y costoso?

Ésta es la pregunta que algunos científicos se pidieron hace algunas décadas, abriendo las puertas en qué se conocen como técnicas no invasores del neuromodulation. Aunque la manipulación de las neuronas sin el tacto de ellas fuera mirada como ciencia ficción, este método ganó mucho renombre, y varios grupos de investigadores por todo el mundo saltaron sobre la investigación de él para una amplia variedad de condiciones, incluyendo la enfermedad de Parkinson.

En 2004, una de esas técnicas, nombrada optogenetics, fue descrito por primera vez, revolucionando el campo de la neurología. Consiste en genético el modificar de las neuronas para expresar las proteínas sensibles a la luz, significando que la actividad de los aneuron puede ser controlada usando pulsaciones de luz. Hasta año pasado, este procedimiento todavía era considerado invasor, como consiguiendo los pulsos de luz dentro del cerebro para controlar los implantes requeridos las células.

Sin embargo, esto cambió el pasado octubre cuando un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford denunciada con éxito desarrollando una versión implante-libre de la técnica, haciendo optogenetics profundo del cerebro sin cirugía posible en ratones.

Después de los principios del optogenetics, una nueva técnica llamó sonogeneticswas propuestos en 2015.

Descubrimos un nuevo equipo de las proteínas, que no se expresan normalmente en las células que estamos intentando controlar. Y la cosa especial sobre estas proteínas es que son sensibles al ultrasonido. Entregando estas proteínas a las células afectadas, llegan a ser responsivas al ultrasonido,” él dice. “Usted no necesita ninguna cirugía, usted adhiere su transductor en el cráneo, y usted entrega el theultrasound para controlar las células.”

Sreekanth Chalasani, profesor adjunto, instituto para los estudios biológicos, los E.E.U.U. de Salk

Sonogenetics primero descrito de Chalasani. Además del hecho de que la cirugía no sea necesaria, una de las ventajas principales de esta técnica es su seguro, como Chalasani señala. El “ultrasonido es ondas acústicas con las frecuencias más altas que qué seres humanos pueden oír.

Es seguro, no invasor, y tenemos mucha experiencia con ella. Por décadas, hemos estado utilizando ultrasonido a los bebés de la imagen, y relevar dolor,” él explica. Por otra parte, el ultrasonido pasa a través de piel y del hueso. Debido a esto, “el transductor que produce el ultrasonido puede estar fuera de la carrocería y todavía las estructuras de objetivo que son profundas en el cerebro, como se requiere para aliviar síntomas de la enfermedad de Parkinson,” agrega Chalasani.

Aunque mucho se haya logrado desde 2015, algunas preguntas siguen siendo sin resolver. Por una parte, los científicos necesitan encontrar una manera segura de introducir la luz y las proteínas ultrasonido-sensibles al cuerpo humano. “En el momento, no tenemos una manera de entregar genes a los objetivos de un específico en el cerebro humano,” dice Chalasani.

“Necesitamos una manera de expresar una proteína apenas en las células deseadas, y no en cualquier parte.” Por otra parte, la tecnología del transductor también tiene que ser desarrollada más a fondo. “Queremos algo que es minúsculo, pero que produce suficiente energía para pasar a través del cráneo sin la calefacción del cerebro,” Chalasani explica. “Estamos desarrollando una nueva clase del transductor que no causa ninguna calefacción y, al mismo tiempo, no produce suficiente energía para controlar las células”.

Con excepción de usar la luz y el ultrasonido, los científicos también descubrieron que podrían utilizar los imanes para controlar el comportamiento de las células. Nombraron este approachmagnetogenetics. El proyecto abierto Magneuron del FET de la UE, que comenzó en 2016, intentó utilizar la técnica para avance un paso más allá de la terapia del repuesto de la célula.

El principio es simple: para reemplazar dañó las neuronas en el cerebro con los nuevos sanos creados en el laboratorio. Pero la terapia hace frente a un reto importante dado la complejidad del cerebro humano.

“En la regeneración del cerebro, tenemos un problema cuando se trata del sistema nervioso central. Usted coloca las neuronas en el cerebro y no saben adónde ir después del trasplante. También, la conectividad entre las neuronas no se restablece,” explica a Rolf Heumann, jefe de la neuroquímica molecular del grupo en la universidad Ruhr Bochum, en Alemania, y uno de los participantes en el proyecto de Magneuron.

Para vencer este reto, el consorcio interdisciplinario tenía la idea de cargar las neuronas en el laboratorio con los nanoparticles magnéticos de modo que, implantado una vez en el cerebro, los científicos pudieran controlar la dirección en la cual las neuronas crecen usando los imanes.

Una de las diferencias principales con respecto a las dos técnicas explicadas antes de que sea que, en este caso, las neuronas de los pacientes no necesitan genético ser modificadas. “Con los métodos que utilizamos, nosotros intente evitar la manipulación genética,” Heumann explica. “Utilizamos los nanoparticles que tienen proteínas responsables de dirigir el incremento de la neurona sujetada a ellas. Esas proteínas se hacen en bacterias, se purifican y se sujetan a los nanoparticles. Por lo tanto, no es un método genético primario en el paciente,” Heumann señala.

Los investigadores lograron diversas piedras miliarias. “Describimos cómo manejar los nanoparticles puros y atar las proteínas a ellos. También, encontramos una manera de conseguir los nanoparticles en las células vivas y manipularlas una vez dentro,” explica Raudzus fabiano, profesor adjunto en la universidad de Kyoto, en Japón, que también trabajó en el proyecto.

Uno de los logros más importantes era encontrar una manera de cargar los nanoparticles en muchas células al mismo tiempo. “La idea es que aplicamos una cierta presión a las células de modo que poder activar una cantidad más alta de nanoparticles en ellos,” decimos el doctor Sebastian Neumann, de la universidad Ruhr Bochum, en Alemania, y a otro participante en el proyecto de Magneuron. “Y esto sería una aproximación importante para el futuro cuando se trata del tratamiento de pacientes”.

Aunque el proyecto terminara en 2019, algunas de las piezas continúan trabajar en este campo, centrándose principal en encontrar un gradiente magnético estable para controlar los nanoparticles, fijando los efectos de los nanoparticles a largo plazo, y trasladándose desde estudios ines vitro en células a los organoids.

Los científicos todavía están lejos de optogenetics, de sonogenetics y de magnetogenetics de la prueba en las clínicas, pero las aproximaciones del neuromodulation están aprovisionando de combustible granes esperanzas: prometen no sólo evitar cirugía invasor, pero también reactivan las neuronas dañadas e invierten los efectos de muchos desordenes neurodegenerative.

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