Durante décadas, la ciencia pudo registrar la actividad cerebral y estimular regiones enteras, pero tenía dificultades para distinguir qué células participaban en cada decisión, recuerdo o movimiento. La optogenética cambió esa escala de observación: convierte la luz en un interruptor capaz de actuar sobre neuronas seleccionadas y permite comprobar, con precisión temporal, cómo un circuito específico interviene en una función del organismo.
El alcance de esta herramienta fue reconocido este 5 de octubre con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2026 para Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel, por los descubrimientos que hicieron posible su desarrollo. La Academia destacó que sus trabajos abrieron una etapa de la neurociencia que permite controlar células nerviosas individuales en un cerebro vivo, según se desprende de una nota de Infobae.
El recorrido que llevó al hallazgo comenzó a principios de los años 2000, cuando Hegemann y Nagel estudiaban la Chlamydomonas, un alga unicelular que se orienta hacia la luz. Allí identificaron la canalrodopsina, una proteína que abre un canal para el paso de iones cuando recibe luz azul. En 2005, Deisseroth incorporó su gen en neuronas de rata y consiguió activarlas con pulsos luminosos; dos años más tarde aplicó el mecanismo en el cerebro de ratones vivos.
“La optogenética ofrece oportunidades para cartografiar el cerebro de una manera que antes solo podíamos imaginar”, afirmó Per Svenningsson, presidente del Comité Nobel de Fisiología o Medicina.
La técnica combina modificación genética y luz
La optogenética reúne recursos de la genética, la biología molecular, la óptica y la neurociencia. El procedimiento comienza con la incorporación, en células seleccionadas, de genes que codifican proteínas sensibles a la luz llamadas opsinas. Una vez que esas proteínas se expresan en las células, la iluminación con una longitud de onda determinada modifica su actividad.
Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2026 por el desarrollo de la optogenética.
En el caso de las neuronas, esa respuesta puede hacer que la célula dispare una señal eléctrica o que reduzca su actividad. Las canalrodopsinas, por ejemplo, permiten activar células con luz; otras opsinas se emplean para inhibirlas. El control puede producirse en escalas de milisegundos, un intervalo acorde con la velocidad de la comunicación neuronal.
Para llevar la luz al área de interés, los investigadores suelen usar fibras ópticas, LED implantables u otros dispositivos. La selección genética previa permite que el estímulo alcance a una población celular concreta, en vez de afectar indiscriminadamente a todas las neuronas de una zona.
Las proteínas sensibles a la luz surgieron del estudio de microorganismos
Las opsinas utilizadas en optogenética tienen antecedentes en microorganismos capaces de modificar el paso de iones a través de sus membranas cuando reciben luz. Hegemann y Nagel identificaron y caracterizaron proteínas de ese tipo, entre ellas la canalrodopsina. Más tarde, Deisseroth demostró que podían utilizarse para intervenir en neuronas.
Ese avance resolvió una dificultad central de la investigación cerebral: estudiar el efecto de un tipo de célula sin alterar al mismo tiempo el funcionamiento de otras células cercanas. La estimulación eléctrica tradicional puede alcanzar múltiples neuronas de manera simultánea; la optogenética permite delimitar mejor el circuito que se analiza.
La estimulación durante el sueño permitió reforzar recuerdos en ratones
Estudios en ratones analizaron cómo la estimulación luminosa de circuitos neuronales durante el sueño puede reforzar la memoria (Imagen Ilustrativa Infobae)
La consolidación de la memoria es uno de los procesos estudiados con esta tecnología. Una investigación de la Universidad de Cornell, publicada en la revista Neuron, empleó la optogenética para intervenir durante el sueño de ratones en momentos específicos de la actividad cerebral.
El equipo siguió las denominadas ondas-ráfaga, señales eléctricas breves vinculadas con el traslado de información desde el hipocampo hacia la neocorteza. Cada una dura alrededor de 100 milisegundos. Cuando aparecía una de esas señales, los científicos estimulaban una región cerebral elegida y observaron que los animales retenían recuerdos que, sin esa intervención, solían perder después de algunas horas.
Los resultados también se registraron en ratones modificados para presentar déficits de memoria. El trabajo, no supone un tratamiento disponible para pacientes, pero permite identificar con mayor precisión los mecanismos que participan en la formación y recuperación de recuerdos.
El Alzheimer concentra estudios sobre circuitos, memoria y ritmos cerebrales
La investigación sobre la enfermedad de Alzheimer es otro de los campos en los que se utiliza la optogenética. Una revisión científica de Parsa Mirzayi, Parnian Shobeiri y otros autores, publicada en 2022, señaló que la técnica permite examinar cambios en la plasticidad sináptica y los circuitos neuronales, dos sistemas afectados en esta enfermedad neurodegenerativa.
Las investigaciones sobre la enfermedad de Alzheimer utilizan esta tecnología para examinar la plasticidad sináptica en modelos animales. (Imagen Ilustrativa Infobae)
El Alzheimer se asocia con la acumulación de beta-amiloide y proteína tau, además de alteraciones tempranas de las conexiones entre neuronas. La optogenética ayuda a estudiar esas fallas con precisión celular y temporal: permite activar, inhibir u observar redes implicadas en la memoria, sobre todo en el hipocampo, la corteza prefrontal y la corteza entorrinal.
En modelos animales, distintos experimentos analizaron si la regulación de circuitos puede reducir déficits cognitivos. Algunos trabajos lograron restaurar parcialmente oscilaciones cerebrales vinculadas con la memoria, como los ritmos theta y gamma, o recuperar respuestas de conjuntos neuronales relacionados con recuerdos previamente aprendidos. Esos resultados corresponden a estudios preclínicos, principalmente en ratones, y no prueban una eficacia terapéutica en personas.
La revisión también recoge investigaciones que examinaron la actividad cerebral durante el sueño. En pacientes con Alzheimer suelen disminuir las ondas lentas del sueño no REM, un patrón asociado con la consolidación de la memoria. En ratones, la estimulación de determinados circuitos permitió modificar esas oscilaciones, aunque otros experimentos mostraron que una estimulación excesiva puede tener efectos contraproducentes sobre procesos vinculados con el amiloide.
La posibilidad de convertir ese conocimiento en una terapia enfrenta obstáculos relevantes. Para actuar sobre el cerebro humano habría que introducir genes de opsinas de forma segura, dirigirlos al tejido adecuado y llevar luz a estructuras profundas como el hipocampo sin provocar daño térmico, infecciones ni respuestas inmunitarias. No existe una terapia optogenética aprobada para tratar el Alzheimer en personas.
El uso de la optogenética en personas enfrenta el desafío de introducir genes y luz en regiones cerebrales profundas sin causar daño. (TT News Agency/Pontus Lundahl/via REUTERS)
La retina ofrece una vía más accesible para las aplicaciones clínicas
La aplicación terapéutica más avanzada de la optogenética se estudia en enfermedades de la retina. En la retinosis pigmentaria, los fotorreceptores que captan la luz se deterioran de manera progresiva, pero las células ganglionares y el nervio óptico pueden permanecer funcionales.
La estrategia consiste en incorporar opsinas a las células ganglionares para que puedan responder a estímulos luminosos y transmitir señales hacia el cerebro. Algunos proyectos combinan esta terapia génica con gafas equipadas con cámaras y sistemas que convierten la información visual en pulsos de luz.
Empresas como GenSight Biologics, Bionic Sight y Science han desarrollado ensayos y prototipos con ese objetivo. De acuerdo con un reporte de The Washington Post , los resultados iniciales apuntan a mejoras funcionales limitadas, como localizar objetos, distinguir contrastes y desplazarse con mayor autonomía. No equivalen a restituir una visión normal.
Una ilustración digital muestra un cerebro humano rodeado de ondas de energía y destellos de luz, simbolizando la actividad cerebral y los avances en la investigación neurocientífica. La imagen destaca la conexión entre la mente y la tecnología, representando el estudio de las ondas cerebrales y su impacto en la comprensión del funcionamiento del cerebro. (Imagen Ilustrativa Infobae)
El desafío es trasladar una herramienta de laboratorio a tratamientos seguros
Además de la memoria, la visión y el Alzheimer, la optogenética se aplica a estudios sobre dolor, ansiedad, adicción, sueño, movimiento y enfermedades neurológicas como el párkinson. Su principal aporte consiste en establecer con mayor claridad la relación entre la actividad de un circuito neuronal y una conducta o función biológica.
La técnica todavía tiene límites importantes fuera del laboratorio. Requiere modificar genéticamente las células objetivo y, en muchas aplicaciones cerebrales, colocar dispositivos que permitan suministrar luz a zonas profundas. Por ese motivo, la mayor parte de la evidencia proviene de animales y de estudios experimentales.
La retina, por su accesibilidad, concentra algunos de los ensayos en humanos más avanzados. En paralelo, el Nobel otorgado a Deisseroth, Hegemann y Nagel reconoce una herramienta que redefinió el estudio del cerebro y que continúa bajo evaluación para aplicaciones médicas.
Fuente: Infobae