Los enfoques de neuromodulación no invasivos pueden prevenir la cirugía invasiva en pacientes con Parkinson



Desde la optogenética hasta la ecogenética y la magnetognética, los científicos de todo el mundo están investigando nuevas técnicas para tratar la enfermedad de Parkinson sin la necesidad de una cirugía invasiva.

Todavía no existe un tratamiento que pueda revertir los efectos de la enfermedad de Parkinson, una condición que se estima que afecta a 10 millones de personas en todo el mundo. A medida que aumenta la esperanza de vida, el número de personas que padecen esta enfermedad aumentará en el futuro, por lo que la necesidad de un tratamiento eficaz será una prioridad.

Los médicos prescriben medicamentos orales para aliviar los síntomas principales y, en algunos pacientes, utilizan la estimulación cerebral profunda. Los electrodos estimulan las zonas afectadas y alivian las reacciones inducidas por la enfermedad como temblor o rigidez.

Sin embargo, esta técnica presenta desafíos importantes porque los cirujanos tienen que perforar un orificio en el cráneo para implantar los electrodos, pero ¿y si pudiéramos controlar las neuronas sin la necesidad de este procedimiento invasivo y costoso?

Esta es la pregunta que se hicieron algunos científicos hace algunas décadas, abriendo las puertas a lo que se conoce como técnicas de neuromodulación no invasiva. Aunque manipular neuronas sin tocarlas se consideraba ciencia ficción, este método ganó mucha popularidad y varios grupos de investigadores de todo el mundo se lanzaron a investigarlo para una amplia variedad de afecciones, incluida la enfermedad de Parkinson.

En 2004, se describió por primera vez una de esas técnicas, denominada optogenética, que revolucionó el campo de la neurociencia. Consiste en modificar genéticamente las células cerebrales para que expresen proteínas sensibles a la luz, lo que significa que la actividad de la aneurona se puede controlar mediante pulsos de luz. Hasta el año pasado, este procedimiento todavía se consideraba invasivo, ya que hacer que los pulsos de luz dentro del cerebro controlaran las células requería implantes.

Sin embargo, esto cambió en octubre pasado cuando un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford informó haber desarrollado con éxito una versión sin implantes de la técnica, haciendo posible la optogenética cerebral profunda sin cirugía en ratones.

Siguiendo los principios de la optogenética, en 2015 se propuso una nueva técnica denominada sonogenética.

Descubrimos un nuevo conjunto de proteínas, que normalmente no se expresan en las células que estamos tratando de controlar. Y lo especial de estas proteínas es que son sensibles a los ultrasonidos. Al entregar estas proteínas a las células afectadas, estas responden al ultrasonido “, dice.” No necesita ninguna cirugía, coloca el transductor en el cráneo y administra el ultrasonido para controlar las células “.

Sreekanth Chalasani, profesor asociado, Instituto Salk de Estudios Biológicos, EE. UU.

Chalasani describió por primera vez la ecogenética. Además de que no es necesaria la cirugía, una de las principales ventajas de esta técnica es su seguridad, como señala Chalasani. “El ultrasonido son ondas sonoras con frecuencias más altas de lo que los humanos pueden escuchar.

Es seguro, no invasivo y tenemos mucha experiencia con él. Durante décadas, hemos utilizado la ecografía para obtener imágenes de los bebés y aliviar el dolor “, explica. Además, la ecografía atraviesa la piel y los huesos. Debido a esto,” el transductor que produce la ecografía puede estar fuera del cuerpo y aún se dirigen a estructuras que se encuentran en lo profundo del cerebro, como se requiere para aliviar los síntomas de la enfermedad de Parkinson “, agrega Chalasani.

Aunque se ha logrado mucho desde 2015, algunas cuestiones siguen sin resolverse. Por un lado, los científicos deben encontrar una forma confiable de introducir proteínas sensibles a la luz y al ultrasonido en el cuerpo humano. “Por el momento, no tenemos una forma de entregar genes a objetivos específicos en el cerebro humano”, dice Chalasani.

“Necesitamos una forma de expresar una proteína solo en las células deseadas, y no en ningún otro lugar”. Por otro lado, la tecnología del transductor también debe desarrollarse más. “Queremos algo que sea pequeño, pero que produzca suficiente energía para atravesar el cráneo sin calentar el cerebro”, explica Chalasani. “Estamos desarrollando una nueva clase de transductor que no provoca ningún calentamiento y, al mismo tiempo, produce suficiente energía para controlar las células”.

Además de usar luz y ultrasonido, los científicos también descubrieron que podían usar imanes para controlar el comportamiento de las células. Llamaron a este enfoque magnetogenética. El proyecto abierto Magneuron de EU FET, que comenzó en 2016, buscó utilizar la técnica para avanzar un paso más en la terapia de reemplazo celular.

El principio es simple: reemplazar las neuronas dañadas en el cerebro por otras nuevas y saludables creadas en el laboratorio. Pero la terapia enfrenta un desafío significativo dada la complejidad del cerebro humano.

“En la regeneración cerebral, tenemos un problema en lo que respecta al sistema nervioso central. Colocas las neuronas en el cerebro y no saben a dónde ir después del trasplante. Además, la conectividad entre las neuronas no se restaura”, explica Rolf. Heumann, jefe del grupo de neuroquímica molecular de la Universidad Ruhr Bochum, en Alemania, y uno de los participantes en el proyecto Magneuron.

Para superar este desafío, el consorcio interdisciplinario tuvo la idea de precargar neuronas en el laboratorio con nanopartículas magnéticas para que, una vez implantadas en el cerebro, los científicos pudieran controlar la dirección en la que crecen las neuronas mediante el uso de imanes.

Una de las principales diferencias respecto a las dos técnicas explicadas anteriormente es que, en este caso, las neuronas de los pacientes no necesitan ser modificadas genéticamente. “Con los métodos que utilizamos, intentamos evitar la manipulación genética”, explica Heumann. “Usamos nanopartículas que tienen proteínas responsables de dirigir el crecimiento de la neurona adherida a ellas. Esas proteínas se fabrican en bacterias, se purifican y se adhieren a las nanopartículas. Por lo tanto, no es un método genético primario en el paciente”, señala Heumann.

Los investigadores lograron varios hitos. “Describimos cómo manipular las nanopartículas puras y unirles las proteínas. Además, encontramos una manera de introducir las nanopartículas en las células vivas y manipularlas una vez dentro”, explica Fabian Raudzus, profesor asistente de la Universidad de Kyoto, en Japón. quien también trabajó en el proyecto.

Uno de los logros más importantes fue encontrar una forma de cargar las nanopartículas en muchas células al mismo tiempo. “La idea es que apliquemos algo de presión a las células para que podamos introducir una mayor cantidad de nanopartículas en ellas”, dice el doctor Sebastian Neumann, de la Universidad Ruhr Bochum, en Alemania, y otro participante en el proyecto Magneuron. “Y este sería un enfoque importante para el futuro en lo que respecta al tratamiento de los pacientes”.

Aunque el proyecto finalizó en 2019, algunos de los miembros continúan trabajando en este campo, enfocándose principalmente en encontrar un gradiente magnético estable para controlar las nanopartículas, evaluar los efectos de las nanopartículas a largo plazo, y pasar de estudios in vitro en células. a los organoides.

Los científicos aún están lejos de probar optogenética, sonogenética y magnetogenética en las clínicas, pero los enfoques de neuromodulación están alimentando grandes esperanzas: prometen no solo evitar la cirugía invasiva, sino también reactivar las neuronas dañadas y revertir los efectos de muchos trastornos neurodegenerativos.

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