La luz hace crecer las neuronas

A las neuronas les atrae la luz. Sin tocar la neurona, como si se tratase de un encantador de serpientes, un min¨²sculo rayo de luz l¨¢ser logra estimular el crecimiento de su ax¨®n, la terminaci¨®n que se encarga de conectar con otras neuronas y establecer sinapsis. El juego de seducci¨®n entre el l¨¢ser y la neurona no acaba aqu¨ª. Tambi¨¦n logra guiarla en la direcci¨®n deseada. Aunque suene a ciencia ficci¨®n, investigadores del Instituto de Ciencias Fot¨®nicas (ICFO) y del Institut de Recerca Biom¨¦dica de Barcelona (IRB) acaban de comprobarlo in vitro con neuronas tomadas de un embri¨®n de rat¨®n. Todav¨ªa es investigaci¨®n b¨¢sica, pero la alianza entre la f¨ªsica y la biolog¨ªa, la biofot¨®nica, abre una nueva v¨ªa de investigaci¨®n para la regeneraci¨®n neuronal.

La investigaci¨®n abre una nueva v¨ªa de regeneraci¨®n neuronal

La luz logra guiar el crecimiento de los axones en la direcci¨®n deseada

El l¨¢ser se enciende y se apaga 80 millones de veces en un segundo

Cuando la m¨¦dula espinal o el cerebro han quedado da?ados por alguna enfermedad o traumatismo, como ocurre con un ictus o con la paraplejia, las neuronas de la zona afectada pierden su capacidad para crecer o entran en un proceso de muerte celular. En definitiva, les resulta imposible restablecer las conexiones que ser¨ªan necesarias para que el sistema nervioso funcione correctamente. Encontrar mecanismos que estimulen el crecimiento de las neuronas y les indiquen el camino a seguir para volver a establecer estas conexiones, es decir la sinapsis, es uno de los grandes retos de la medicina.

Los investigadores del Instituto de Ciencias Fot¨®nicas (ICFO) y del Institut de Recerca Biom¨¦dica de Barcelona (IRB) han demostrado que este poder de atracci¨®n de la luz l¨¢ser sobre la neurona existe. Para trabajar bajo las reglas de un mundo de dimensiones min¨²sculas, han utilizando t¨¦cnicas de microscop¨ªa multifot¨®nica. A una distancia discreta del cuerpo de la neurona en desarrollo y sin tocarla, han situado un complejo y potente haz de luz l¨¢ser altamente concentrado (una micra de di¨¢metro contiene millones de fotones,) que funciona con pulsos ultracortos, es decir, que se enciende y se apaga 80 millones de veces en un segundo.

El efecto del l¨¢ser durante un tiempo prolongado, unas 3 horas, logra que del cuerpo de la neurona crezca gradualmente un ax¨®n completo en la direcci¨®n que le va marcando la luz. Los investigadores lo han registrado en un video.

?Podr¨ªa ser ¨²til para la regeneraci¨®n neuronal? F¨ªsicos y neurobi¨®logos han unido esfuerzos para averiguar qu¨¦ hay detr¨¢s de esta reacci¨®n y si puede tener alguna aplicaci¨®n. "Hemos visto que los filopodios, que son las peque?as ramificaciones al final del ax¨®n que exploran el entorno para decidir hacia donde crecer, buscan el haz de luz; ser¨ªa como poner un anzuelo para atraerlas", explica Pablo Loza-Alvarez, investigador del ICFO.

Aunque todav¨ªa no se conoce la maquinaria celular que puede haber detr¨¢s de ello, existen hip¨®tesis basadas en ensayos anteriores con otras l¨ªneas celulares. No es la primera vez que se utiliza luz l¨¢ser para manipular c¨¦lulas. Un equipo de f¨ªsicos de la Universidad de Tejas public¨® en el 2002 en Proceedings of the National Academy of Sciences que hab¨ªa logrado resultados similares pero con otra l¨ªnea celular, las PC-12, una c¨¦lula que se utiliza como modelo de neuronas, aunque no lo son. As¨ª pues, el equipo de cient¨ªficos espa?oles es el primero que lo ha logrado con neuronas.

"Una neurona y su ax¨®n no crecen por s¨ª solos, sino que es necesaria la activaci¨®n de una serie de prote¨ªnas y se?ales que al final son las responsables de la extensi¨®n de la membrana y el crecimiento del ax¨®n", explica Eduardo Soriano, responsable del grupo de investigaci¨®n en neurobiolog¨ªa del desarrollo y de la regeneraci¨®n del IRB, tambi¨¦n implicado en el proyecto.

El primer paso de su investigaci¨®n ser¨¢ caracterizar la maquinaria del ax¨®n que es activada por la luz l¨¢ser, "expondremos las neurona a la luz l¨¢ser e iremos diseccionando la maquinaria celular de la neurona que es imprescindible para el guiado", explica Soriano.

Durante el desarrollo cerebral, para que funcione toda esta maquinaria de crecimiento la neurona tambi¨¦n recibe ¨®rdenes externas que funcionan como se?ales atrayentes o como se?ales stop. Las mol¨¦culas que atraen qu¨ªmicamente a la neurona producen cambios en el citoesqueleto y en la membrana del ax¨®n, que hacen que las fibras crezcan y se estiren en la direcci¨®n de crecimiento. "Cuando ocurre una lesi¨®n neuronal, sea por un accidente traum¨¢tico o por cualquier otra causa cl¨ªnica, esta maquinaria de prote¨ªnas necesaria para el crecimiento est¨¢ inactivada", a?ade.

La segunda fase de la investigaci¨®n consistir¨¢, pues, en determinar si el efecto del l¨¢ser sobre las neuronas puede sustituir las funciones de este grupo de mol¨¦culas quimioatractivas que quedan da?adas cuando hay una lesi¨®n neuronal. "Si el l¨¢ser puede atraer neuronas, es l¨®gico pensar que puede modificar la maquinaria del citoesqueleto y las membranas, de forma similar a las mol¨¦culas quimioatractivas", aclara el investigador.

Si los resultados son positivos, el siguiente paso, aunque todav¨ªa lejos, "ser¨¢ traspasar este modelo a neuronas que no crezcan, que no se regeneran, para ver si tambi¨¦n puede guiar axones lesionados maduros", explica Soriano. Si lo lograsen, "podr¨ªa ser de inter¨¦s en un futuro para formar nuevas conexiones sin¨¢pticas, para tratar enfermedades como lesiones en la m¨¦dula espinal en que se seccionan axones y en regeneraci¨®n del sistema nervioso perif¨¦rico", explica Loza-?lvarez.

En este sentido, el potencial es amplio. "Puede ser que nos permita detectar nuevos mecanismo y por tanto nuevas dianas terap¨¦uticas, o a m¨¢s largo plazo, desarrollar alg¨²n tipo de tecnolog¨ªa para utilizar directamente el l¨¢ser sobre la zona lesionada y restablecer las conexiones entre neuronas, algo que en una primera instancia parecer¨ªa viable en lesiones del sistema nervioso perif¨¦rico por ser m¨¢s accesibles", explican los investigadores. De momento, habr¨¢ que continuar investigando.

Para Jose Mar¨ªa Tormos, coordinador de investigaci¨®n del Instituto Guttmann de Badalona, "todas estas investigaciones son esperanzadoras, aunque seguramente la clave est¨¢ en combinar las diferentes intervenciones sobre las que en estos momentos se est¨¢ investigando. El guiado ¨®ptico de neuronas es posible que sea una herramienta m¨¢s para modular la capacidad pl¨¢stica del sistema nervioso".