Los científicos pueden controlar los circuitos cerebrales, el comportamiento y las emociones utilizando la luz

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El control de la transmisión y recepción de señales dentro de los circuitos cerebrales es necesario para que los neurocientíficos obtengan una mejor comprensión de las funciones cerebrales. La comunicación entre las neuronas y las células gliales está mediada por varios neurotransmisores que se liberan de las vesículas a través de la exocitosis. Por tanto, la regulación de la exocitosis vesicular puede ser una posible estrategia para controlar y comprender los circuitos cerebrales.

Sin embargo, ha sido difícil controlar libremente la actividad de las células cerebrales de una manera espacio-temporal utilizando técnicas preexistentes. Uno es un enfoque indirecto que implica el control artificial del potencial de la membrana celular, pero presenta problemas para cambiar la acidez del entorno circundante o fallas de encendido no deseadas de las neuronas. Tampoco es aplicable para su uso en células que no responden a cambios en el potencial de membrana, como las células gliales.

Para abordar este problema, los investigadores surcoreanos dirigidos por el Director C.Justin LEE en el Centro de Cognición y Socialidad dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) y el Profesor HEO Won Do en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han desarrollado Opto-vTrap, un sistema de inhibición reversible e inducible por luz que puede atrapar temporalmente las vesículas de la liberación de las células cerebrales. Opto-vTrap se dirige directamente a los transmisores que contienen vesículas y se puede utilizar en varios tipos de células cerebrales, incluso en aquellas que no responden a los cambios en el potencial de membrana.

Para controlar directamente las vesículas exocitóticas, el equipo de investigación aplicó una tecnología desarrollada previamente en 2014 llamada inhibición reversible activada por luz mediante trampa ensamblada (LARIAT). Esta plataforma puede inactivar varios tipos de proteínas cuando se ilumina con luz azul al atrapar instantáneamente proteínas objetivo, como un lazo. Opto-vTrap se desarrolló aplicando esta plataforma LARIAT a la exocitosis de las vesículas. Cuando las células o tejidos que expresan Opto-vTrap se iluminan con luz azul, las vesículas forman grupos y quedan atrapadas dentro de las células, inhibiendo la liberación de los transmisores.

Más importante aún, la inhibición desencadenada con esta nueva técnica es temporal, lo cual es muy importante para la investigación neurocientífica. Otras técnicas anteriores que se dirigen a las proteínas de fusión de vesículas las dañan permanentemente y desactivan la neurona diana hasta por 24 horas, lo que no es apropiado para muchos experimentos de comportamiento con límites de tiempo cortos. En comparación, las vesículas que se inactivaron con Opto-vTrap se desacoplan en aproximadamente 15 minutos y las neuronas recuperan sus funciones completas en una hora.

Opto-vTrap controla directamente la liberación de transmisores de señales, lo que permite a los investigadores controlar libremente la actividad cerebral. El equipo de investigación verificó la usabilidad de Opto-vTrap en células cultivadas y cortes de tejido cerebral. Además, probaron la técnica en ratones vivos, lo que les permitió eliminar temporalmente el recuerdo del miedo de los animales condicionados por el miedo.

En el futuro, Opto-vTrap se utilizará para descubrir interacciones complejas entre múltiples partes del cerebro. Será una herramienta muy útil para estudiar cómo ciertos tipos de células cerebrales afectan la función cerebral en diferentes circunstancias.

El profesor Heo dijo: « Dado que Opto-vTrap se puede usar en varios tipos de células, debería ser útil en varios campos de la investigación de las ciencias del cerebro », explicó, « Planeamos realizar un estudio para comprender las funciones espacio-temporales del cerebro en varios tipos de células cerebrales en un entorno específico utilizando la tecnología Opto-vTrap «.

«La usabilidad de Opto-vTrap puede extenderse no solo a la neurociencia sino también a nuestras vidas», explica el director Lee. Añadió: «Opto-vTrap ayudará no solo a aclarar el mapeo del circuito cerebral, sino también al tratamiento de la epilepsia, el tratamiento de los espasmos musculares y las tecnologías de expansión de la piel».

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto de Ciencias Básicas. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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