Combinar òptica i genètica per estudiar el cervell
Optogenètica vol dir precisament això: utilitzar la llum per estimular cèl·lules modificades genèticament. Aquest mecanisme dona a investigadors i metges una capacitat que no els dona cap altra tècnica: la d’activar tipus cèl·lules específiques (1r) en llocs molt precisos (2n) de manera immediata (3r). Activar cèl·lules a demanda és extremadament útil en investigació, a més de tenir aplicacions mèdiques. De quina manera ho aconsegueixen?
Les tècniques d’edició genètica ja fa temps que ens permeten conferir modificacions específiques a tipus de cèl·lules específiques. Això no vol dir activar-les, sinó simplement conferir-les-hi un canvi, com per exemple posar-los una nova proteïna a la membrana que es pugui activar amb un estímul determinat.
El problema que soluciona l’optogenètica és el de l’estímul que es fa servir per activar aquestes proteïnes incorporades amb edició genètica. Fins fa uns anys, s’utilitzaven sobretot elèctrodes o drogues, ambdós mètodes poc precisos perquè activen grups nombrosos de cèl·lules modificades, moltes més de les desitjades. Les drogues, a més, produeixen l’activació de manera retardada. Aquestes condicions enterboleixen el resultat de l’activació de les cèl·lules, provocant canvis a destemps o de manera massa generalitzada.
Amb l’optogenètica n’hi ha prou amb un làser precís i d’un color determinat per activar i desactivar les proteïnes de membrana de només les cèl·lules que ens interessen. Per exemple, aquestes proteïnes incorporades poden desencadenar seqüències metabòliques per augmentar o reduir la producció de biomolècules concretes quan la concentració sigui massa baixa o massa elevada. També, aplicades al sistema nerviós permeten llegir al moment la resposta elèctrica de les neurones a partir de cert estímul, impossible d’aconseguir amb estímuls elèctrics (elèctrodes) que provocaven interferències en les lectures de resultats.
Tot això és gràcies a uns tipus de proteïnes anomenades rodopsines, sensibles a la llum, expressades naturalment per multitud d’éssers vius, des de bacteris fins a humans (a la retina). Un subgrup d’aquestes molècules, les anomenades canalrodopsines, són especialment interessants per l’optogenènica perquè quan reben llum activen el pas d’ions positius entre l’exterior i l’interior de la cèl·lula, excitant sistemes neuronals. Aquestes molècules són produïdes de manera natural per l’alga Chlamydomonas reinhardtii.
Tot parteix d’una espècie d’alga que viu en basses
Chlamydomonas reinhardtii probablement no encaixen amb la imatge que la majoria té de les algues. A diferència dels animals i les plantes, les algues no són un sol grup d’éssers vius, sinó que aquest nom s’utilitza per diversos grups que tenen en comú la presència de pigments fotosintètics i la simplicitat dels seus teixits. Chlamydomonas reinhardtii ni tan sols en té, de teixits, perquè és una espècie d’individus unicel·lulars.
Ara bé, encara que no tinguin teixits, no els manca complexitat, ja que han desenvolupat “ulls” moleculars, ni més ni menys que les canalrodopsines protagonistes en l’optogenètica. A diferència dels organismes fotosintètics més coneguts, els individus de Chlamydomonas reinhardtii són capaços de moure’s propulsats per un flagel, una fibra extracel·lular que funciona com un motor. La cadena metabòlica que lliga els ulls moleculars amb els flagels permet a aquestes algues detectar la procedència d’una font de llum i apropar-s’hi tant com els sigui possible.
El descobriment d’aquests “ulls” moleculars no és recent. La primera descripció del funcionament de les canalrodopsines va ser el 2002 i abans ja s’havien descobert proteïnes similars en arqueus. Així, per què no s’ha atorgat el premi Nobel fins ara?
Curar parcialment la ceguesa i redreçar neurones
Embed from Getty ImagesSi resumim la història del descobriment, podem dir que Hegemann va identificar els gens que codificaven per la canalrodopsines, Nagel va estudiar el funcionament de la proteïna un cop incorporada en altres organismes i Deisseroth va provar el seu funcionament en neurones. El premi Nobel reconeix les bases establertes per aquests investigadors de les quals sorgeix l’optogenètica i on es fonamenta tota la recerca mèdica associada.
A mesura que han passat els anys, han anat transcendint els avenços d’aquesta disciplina, dotant-la de cada cop més valor.
El 2021, la revista Nature publicava un article sobre com la incorporació de canalrodopsines a neurones de la retina humana permetien que pacients cecs (per una malaltia neurodegenerativa) recuperessin parcialment la visió. Es feia amb l’ajuda d’unes ulleres que transmetien impulsos lluminosos capaços d’estimular aquestes proteïnes, en funció de les imatges que captaven.
El 2025, la revista Science publicava un altre article que explicava com l’expressió de canalrodopsines en neurones del tracte corticoespinal de ratolins, permetia restaurar circuits motors tallats per lesions en la seva medul·la espinal, responsables de paràlisi parcial.
Aquesta disciplina de la medicina assolirà fites increïbles, però tal com arribar al reconeixement actual ha implicat diverses dècades de feina, l’aplicació estesa de l’optogenètica en medicina probablement en requerirà unes quantes més. Cal tenir sempre present que la qualsevol avenç científic sorgeix de la feina de grans equips de professionals, recolzats en els descobriments de generacions d’investigadors anteriors.
Com deia el filòsof francès Guillem de Conches: “som com nans pujats a les espatlles de gegants”. Així cal veure la ciència per entendre el seu progrés.
