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 minúsculo rayo de luz láser logra estimular el crecimiento de su axón, la terminación que se encarga de conectar con otras neuronas y establecer sinapsis. El juego de seducción entre el láser y la neurona no acaba aquí. También logra guiarla en la dirección deseada. Aunque suene a ciencia ficción, investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y del Institut de Recerca Biomédica de Barcelona (IRB) acaban de comprobarlo in vitro con neuronas tomadas de un embrión de ratón. Todavía es investigación básica, pero la alianza entre la física y la biología, la biofotónica, abre una nueva vía de investigación para la regeneración neuronal.

La investigación abre una nueva vía de regeneración neuronal

La luz logra guiar el crecimiento de los axones en la dirección deseada

El láser se enciende y se apaga 80 millones de veces en un segundo

Cuando la médula espinal o el cerebro han quedado dañados 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 serían 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 Fotónicas (ICFO) y del Institut de Recerca Biomédica de Barcelona (IRB) han demostrado que este poder de atracción de la luz láser sobre la neurona existe. Para trabajar bajo las reglas de un mundo de dimensiones minúsculas, han utilizando técnicas de microscopía multifotónica. A una distancia discreta del cuerpo de la neurona en desarrollo y sin tocarla, han situado un complejo y potente haz de luz láser altamente concentrado (una micra de diámetro 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 láser durante un tiempo prolongado, unas 3 horas, logra que del cuerpo de la neurona crezca gradualmente un axón completo en la dirección que le va marcando la luz. Los investigadores lo han registrado en un video.

¿Podría ser útil para la regeneración neuronal? Físicos y neurobiólogos han unido esfuerzos para averiguar qué hay detrás de esta reacción y si puede tener alguna aplicación. "Hemos visto que los filopodios, que son las pequeñas ramificaciones al final del axón que exploran el entorno para decidir hacia donde crecer, buscan el haz de luz; sería como poner un anzuelo para atraerlas", explica Pablo Loza-Alvarez, investigador del ICFO.

Aunque todavía no se conoce la maquinaria celular que puede haber detrás de ello, existen hipótesis basadas en ensayos anteriores con otras líneas celulares. No es la primera vez que se utiliza luz láser para manipular células. Un equipo de físicos de la Universidad de Tejas publicó en el 2002 en Proceedings of the National Academy of Sciences que había logrado resultados similares pero con otra línea celular, las PC-12, una célula que se utiliza como modelo de neuronas, aunque no lo son. Así pues, el equipo de científicos españoles es el primero que lo ha logrado con neuronas.

"Una neurona y su axón no crecen por sí solos, sino que es necesaria la activación de una serie de proteínas y señales que al final son las responsables de la extensión de la membrana y el crecimiento del axón", explica Eduardo Soriano, responsable del grupo de investigación en neurobiología del desarrollo y de la regeneración del IRB, también implicado en el proyecto.

El primer paso de su investigación será caracterizar la maquinaria del axón que es activada por la luz láser, "expondremos las neurona a la luz láser 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 también recibe órdenes externas que funcionan como señales atrayentes o como señales stop. Las moléculas que atraen químicamente a la neurona producen cambios en el citoesqueleto y en la membrana del axón, que hacen que las fibras crezcan y se estiren en la dirección de crecimiento. "Cuando ocurre una lesión neuronal, sea por un accidente traumático o por cualquier otra causa clínica, esta maquinaria de proteínas necesaria para el crecimiento está inactivada", añade.

La segunda fase de la investigación consistirá, pues, en determinar si el efecto del láser sobre las neuronas puede sustituir las funciones de este grupo de moléculas quimioatractivas que quedan dañadas cuando hay una lesión neuronal. "Si el láser puede atraer neuronas, es lógico pensar que puede modificar la maquinaria del citoesqueleto y las membranas, de forma similar a las moléculas quimioatractivas", aclara el investigador.

Si los resultados son positivos, el siguiente paso, aunque todavía lejos, "será traspasar este modelo a neuronas que no crezcan, que no se regeneran, para ver si también puede guiar axones lesionados maduros", explica Soriano. Si lo lograsen, "podría ser de interés en un futuro para formar nuevas conexiones sinápticas, para tratar enfermedades como lesiones en la médula espinal en que se seccionan axones y en regeneración del sistema nervioso periférico", explica Loza-Álvarez.

En este sentido, el potencial es amplio. "Puede ser que nos permita detectar nuevos mecanismo y por tanto nuevas dianas terapéuticas, o a más largo plazo, desarrollar algún tipo de tecnología para utilizar directamente el láser sobre la zona lesionada y restablecer las conexiones entre neuronas, algo que en una primera instancia parecería viable en lesiones del sistema nervioso periférico por ser más accesibles", explican los investigadores. De momento, habrá que continuar investigando.

Para Jose María Tormos, coordinador de investigación del Instituto Guttmann de Badalona, "todas estas investigaciones son esperanzadoras, aunque seguramente la clave está en combinar las diferentes intervenciones sobre las que en estos momentos se está investigando. El guiado óptico de neuronas es posible que sea una herramienta más para modular la capacidad plástica del sistema nervioso".