Un "interruptor molecular de la luz" mejorado ayuda a ciegos, sordos y enfermos cardíacos
Un avance significativo en optogenética
Control fiable y más suave de la actividad celular con luz: Investigadores del Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) y del Centro Else Kröner Fresenius de Terapias Optogenéticas (EKFZ OT) del Centro Médico Universitario de Gotinga (UMG) han desarrollado una proteína sensible a la luz que puede restaurar la visión y la audición y regular el ritmo cardíaco. La particularidad: Incluso dosis muy pequeñas de luz son suficientes para accionar este "interruptor de luz molecular". Esto abre nuevas posibilidades de desarrollo de terapias innovadoras para tratar la ceguera, la sordera y la arritmia cardiaca. Los resultados se publican en la revista "Nature Biomedical Engineering".
La optogenética es una tecnología innovadora que utiliza proteínas sensibles a la luz, conocidas como canalrodopsinas, para controlar con precisión la actividad de las células nerviosas y musculares. Los planos genéticos de estos "interruptores moleculares de la luz" se introducen en las células diana mediante vectores virales especialmente diseñados. La actividad celular puede activarse y desactivarse mediante pulsos de luz programados con precisión. El campo de la optogenética ha abierto nuevas posibilidades en todo el mundo para la investigación básica, pero también para el tratamiento de enfermedades. Para utilizar esta tecnología en el desarrollo de nuevas opciones terapéuticas, por ejemplo para pacientes cardiacos, personas con deficiencias auditivas graves y ciegos, tanto las proteínas sensibles a la luz como los virus deben adaptarse de forma óptima para garantizar el máximo beneficio y la seguridad necesaria para su uso en humanos.
Los investigadores del Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) de Gotinga y del Centro Else Kröner Fresenius de Terapias Optogenéticas (EKFZ OT) han descrito ahora el desarrollo y la aplicación de una nueva proteína fotosensible especialmente prometedora. Esta nueva canalrodopsina desarrollada por el Dr. Thomas Mager, jefe del grupo de investigación del Instituto de Neurociencia Auditiva del Centro Médico Universitario de Gotinga (UMG) y sus colegas, se denomina "ChReef". "Modificando específicamente el plano genético de esta proteína activable por la luz y, entre otras cosas, utilizando métodos analíticos basados en robots, hemos conseguido aumentar significativamente la eficacia de la estimulación optogenética", explica el Dr. Mager. "Esto nos lleva un paso más allá hacia la aplicabilidad en humanos, para restaurar la visión y la audición y regular los latidos del corazón", afirma el Prof. Dr. Tobias Moser, director del Instituto de Neurociencia Auditiva de la UMG y portavoz de MBExC y EKFZ OT.
Prometedoras aplicaciones terapéuticas de ChReef
En un estudio exhaustivo, los investigadores del MBExC y el EKFZ OT han evaluado la eficacia de la nueva canelodopsina y han aportado pruebas del gran potencial de ChReef en ciencias de la vida y aplicaciones clínicas.
Por ejemplo, los investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Dr. Tobias Brügmann, jefe de grupo de investigación del Departamento de Fisiología Cardiovascular de la UMG, miembro del MBExC y ponente adjunto del EKFZ OT, pudieron demostrar, por ejemplo, que la nueva "herramienta" puede poner fin al latido irregular de los cardiomiocitos con un gasto energético mínimo.
En otro estudio, dirigido por la Prof. Dra. Emilie Macé, miembro del MBExC y ponente adjunta del EKFZ OT y catedrática de "Dinámica de redes celulares excitables" en el Departamento de Oftalmología de la UMG, se probó la nueva herramienta en ratones ciegos mediante una terapia génica administrada directamente en los ojos. Una prueba conductual posterior demostró que los ratones eran capaces de detectar diferencias de brillo en la pantalla de un iPad. Este tipo de restauración de la visión ya se ha probado en humanos en otros estudios, pero con las canalrodopsinas utilizadas anteriormente se necesitaban fuentes de luz muy potentes.
Otra posible aplicación de ChReef que describen los autores es la restauración optogenética de la audición mediante el implante coclear optogenético (oCI). Esto promete una mejor resolución de los diferentes tonos en comparación con el implante coclear eléctrico que se utiliza actualmente en todo el mundo para la rehabilitación auditiva. En el estudio publicado recientemente, los investigadores necesitaron dosis de luz impresionantemente bajas para "oír con luz". "Con el desarrollo de ChReef, hemos dado un paso importante hacia la aplicación clínica del implante coclear optogenético, ya que ahora se necesita mucha menos energía para "oír con la luz"", explica el profesor Moser. "Por un lado, esto reduce el daño celular causado por la luz y, por otro, las baterías duran más". Para la aplicación en humanos, también es relevante que la restauración de la audición con luz también sea posible en el modelo de primate, como han demostrado por primera vez los investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Marcus Jeschke, jefe del grupo de investigación "Audición cognitiva en primates" del Centro Alemán de Primates - Instituto Leibniz de Investigación en Primates (DPZ) de Gotinga. "ChReef representa un avance significativo en optogenética y ofrece un gran potencial para la investigación básica, así como para aplicaciones terapéuticas, como en trastornos del ritmo cardiaco o la restauración de la audición y la visión", añade la Dra. Bettina Wolf, investigadora postdoctoral en el Instituto de Neurociencia Auditiva y coautora del estudio.
Este proyecto de investigación ha contado con el apoyo del Clúster de Excelencia de Gotinga "Bioimagen multiescala: de las máquinas moleculares a las redes de células excitables" (MBExC) y del Centro Else Kröner Fresenius de Terapias Optogenéticas (EKFZ OT), que se está creando actualmente y cuyo objetivo es avanzar en la traslación de las terapias optogenéticas a aplicaciones clínicas. "El desarrollo de nuevos métodos está estrechamente vinculado a las aplicaciones científicas y médicas previstas aquí en Gotinga. Aprendemos unos de otros y, por lo tanto, podemos avanzar de forma particularmente eficaz en el desarrollo de terapias optogenéticas", subraya el profesor Moser el potencial de la colaboración sinérgica entre MBExC y EKFZ OT en Göttingen.
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Publicación original
Alexey Alekseev, Victoria Hunniford, Maria Zerche, Marcus Jeschke, Fadhel El May, Anna Vavakou, Dominique Siegenthaler, Marc A. Hüser, Svenja M. Kiehn, ... Stuart Trenholm, Emilie Macé, Kathrin Kusch, Tobias Bruegmann, Bettina J. Wolf, Thomas Mager, Tobias Moser; "Efficient and sustained optogenetic control of sensory and cardiac systems"; Nature Biomedical Engineering, 2025-7-28
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