Un año dentro del cerebro

El ser humano ha conseguido que una sonda lanzada desde la Tierra se pose, tras un viaje de 6.000 millones de kilómetros por el espacio, sobre un cometa que surca el sistema solar a 135.000 kilómetros por hora. Sin embargo, ese mismo ser humano es incapaz de entender su propio cerebro. El órgano de kilo y medio que tenemos dentro de la cabeza es un completo extraño. No hay herramientas para estudiarlo. Contiene 86.000 millones de neuronas, con billones de conexiones entre ellas. Con la tecnología actual, abarcarlo es imposible. Es como intentar comprender el universo mirando por la ventana hacia la Osa Mayor.

Pero esta situación de impotencia podría durar poco. En abril de 2013, el presidente estadounidense Barack Obama anunció el proyecto BRAIN, una iniciativa de 4.500 millones de dólares hasta 2022 para “proporcionar a los científicos las herramientas que necesitan para obtener una fotografía dinámica del cerebro en acción y entender mejor cómo pensamos, aprendemos y recordamos”.

BRAIN arrancó el 1 de octubre de 2014, cuando los laboratorios, entre ellos algunos de los Institutos Nacionales de la Salud de EE UU y de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa (DARPA, máximo exponente de la ciencia militar), comenzaron a recibir dólares. En su primer año fiscal, BRAIN empieza a ofrecer sus primeros resultados.

Los neurocientíficos ya se asoman al cerebro como nunca antes lo habían hecho. Uno de ellos es Charles Lieber, de la Universidad de Harvard. Su equipo presentó en junio en la revista Nature Nanotechnology un dispositivo electrónico muy flexible que se puede implantar en el cerebro de ratones con una microjeringuilla. Esta técnica, revolucionaria, permite cubrir con una malla de electrodos la corteza cerebral para registrar in situ las señales eléctricas neuronales.

"Este dispositivo electrónico inyectable tiene una estructura en forma de malla que, a mayor escala, parecería una mosquitera de las que ponemos en las ventanas para que no entren los bichos. Como una mosquitera, que es muy flexible y por la que puedes ver fácilmente a través, nuestro dispositivo electrónico en forma de malla está abierto en el 90% de su superficie, casi es invisible dentro de un vaso de agua", afirma Lieber.

"Y, muy importante, es casi un millón de veces más flexible que el más flexible de los dispositivos electrónicos estudiados por otros investigadores. Su flexibilidad y sus espacios hacen que nuestro dispositivo se asemeje mucho al tejido nervioso y, por ello, no cause reacción en el tejido cerebral una vez implantado", explica.

Las posibles aplicaciones son formidables. Y no solo para entender el cerebro. El dispositivo también podría servir “para estimular la actividad neuronal en regiones cerebrales profundas relevantes en la enfermedad de Parkinson”, según Lieber.

Un equipo de Harvard ha diseñado un dispositivo electrónico muy flexible, "como una mosquitera", que se puede implantar en el cerebro con una microjeringuilla

El joven Evan Macosko, de la Escuela de Medicina de Harvard, también se encuentra en la primera línea de fuego del proyecto BRAIN. Cada célula de nuestro cerebro custodia en su interior una copia de todos nuestros genes. Pero cada célula solo lee determinadas páginas de ese manual de instrucciones. Una célula del músculo utiliza los genes que le permiten contraerse. Una célula del riñón emplea los que posibilitan que filtre sangre.

“Todavía no entendemos muchas de las funciones de las células del cerebro. Si pudiéramos saber qué genes están usando, podríamos entender mejor sus funciones y cómo se clasifican”, señala Macosko. Dicho más claro, todavía no sabemos cuántos tipos de células hay en nuestro cerebro ni cuántas hay de cada.

El equipo de Macosko presentó en mayo, en la revista Cell, la Drop-seq, una tecnología que identifica qué genes está usando una célula, o las decenas de miles de células en una muestra de tejido. “Nuestro siguiente paso es utilizar Drop-seq para crear un atlas de las células del cerebro, un listado minucioso de los tipos de células que están presentes en cada región cerebral”, adelanta. Un atlas así abriría la puerta a entender mejor las funciones de diferentes zonas del cerebro, pero antes Macosko y los suyos tendrán que afinar el tiro: por el momento, Drop-seq solo detecta el 12% de los genes que utiliza cada célula.

El equipo del biólogo Bryan Roth puede encender y apagar células cerebrales mediante fármacos teledirigidos

El biólogo molecular Bryan Roth, de la Universidad de Carolina del Norte, es otro de los científicos en la vanguardia de BRAIN. Su equipo diseña en su laboratorio receptores celulares, una especie de porteros de discoteca de las células. Estos guardianes sintéticos, conocidos como DREADD, se pueden colocar en células cerebrales para activarlas y desactivarlas mediante fármacos teledirigidos.

“Básicamente, nos permiten tomar el control remoto de las células cerebrales. Podemos encenderlas o apagarlas para entender cómo funciona el cerebro”, detalla Roth. Su enfoque es similar al de la optogenética, otra técnica en la frontera del conocimiento: los científicos instalan genes de algas sensibles a la luz a bordo de virus, que inyectan en cráneos de ratas o monos. Una vez colocados en las neuronas de los animales, los genes producen una proteína que hace de interruptor de la célula, activándola o desactivándola en función de ráfagas de luz láser lanzadas por los investigadores.

El problema de la optogenética es que requiere invadir el cráneo para introducir la luz láser. Y los DREADD también tienen un talón de Aquiles, según admite Roth: "No nos permiten un control rápido de la actividad celular, son más lentos que la optogenética".

El grupo del biólogo molecular acaba de presentar un nuevo DREADD, más sofisticado, en la revista especializada Neuron. “Las drogas que usamos no hacen nada a los animales más allá de apagar y encender neuronas”, asegura. Los DREADD, y el resto de tecnologías surgidas de la iniciativa BRAIN, pueden ser para el cerebro lo que el telescopio fue para el universo.