Tendencias Científicas
La luz puede utilizarse en lugar de los fármacos para activar los receptores opioides del cerebro. Imagen: Robert Boston. Fuente: Universidad de Washington en St. Louis.
Los fármacos opioides interactúan con los receptores de las células del cerebro aplacando la respuesta al dolor del cuerpo. Pero ahora, neurocientíficos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis (Missouri, EE.UU.) han encontrado una forma de activar los receptores opioides con la luz.
En un tubo de ensayo, los científicos conjugaron la proteína rodopsina, sensible a la luz, con partes clave de los receptores opioides para activar las vías de los receptores utilizando luz. También influyeron en el comportamiento de ratones mediante la inyección de los receptores en el cerebro, utilizando luz en lugar de medicamentos para estimular una respuesta de recompensa.
Sus conclusiones se publicaron el jueves en la revista Neuron. El objetivo final es desarrollar formas de utilizar la luz para aliviar el dolor, una línea de descubrimientos que también podría conducir a mejores fármacos analgésicos con menos efectos secundarios.
Pero antes de que eso sea posible, los investigadores están tratando de aprender las maneras más eficaces para activar y desactivar las vías de los receptores opioides en las células cerebrales. Michael R. Bruchas, profesor ayudante de anestesiología y de neurobiología, e investigador principal del estudio, explica que el trabajo con luz en lugar de fármacos analgésicos hace que sea mucho más fácil entender cómo funcionan los receptores dentro de la compleja red de células y circuitos del cerebro y la médula espinal.
"Ha sido difícil determinar exactamente cómo trabajan los receptores opioides porque tienen múltiples funciones en el cuerpo", explica Bruchas en la nota de prensa de la universidad. "Estos receptores interactúan con medicamentos analgésicos llamados opiáceos, pero también están involucrados en la respiración, se encuentran en el tracto gastrointestinal y desempeñan un papel en la respuesta de recompensa."
Así que los investigadores buscaron una manera de conseguir que los receptores opioides realizaran una sola tarea a la vez, y resultó ser casi tan fácil como apretar un interruptor de la luz, de acuerdo con Bruchas y sus colaboradores.
Mediante la combinación de la proteína rodopsina, que detecta la luz en la retina del ojo, con un tipo específico de receptor opioide llamado receptor opioide mu, los investigadores fueron capaces de construir un receptor que responde a la luz exactamente de la misma manera que los receptores opioides estándar responden a los analgésicos.
Cuando se expone un receptor opioide a un fármaco analgésico, inicia la actividad en vías químicas específicas del cerebro y la médula espinal. Y cuando los investigadores proyecton luz sobre los receptores que contenían rodopsina, se activaron las mismas vías celulares.
En un tubo de ensayo, los científicos conjugaron la proteína rodopsina, sensible a la luz, con partes clave de los receptores opioides para activar las vías de los receptores utilizando luz. También influyeron en el comportamiento de ratones mediante la inyección de los receptores en el cerebro, utilizando luz en lugar de medicamentos para estimular una respuesta de recompensa.
Sus conclusiones se publicaron el jueves en la revista Neuron. El objetivo final es desarrollar formas de utilizar la luz para aliviar el dolor, una línea de descubrimientos que también podría conducir a mejores fármacos analgésicos con menos efectos secundarios.
Pero antes de que eso sea posible, los investigadores están tratando de aprender las maneras más eficaces para activar y desactivar las vías de los receptores opioides en las células cerebrales. Michael R. Bruchas, profesor ayudante de anestesiología y de neurobiología, e investigador principal del estudio, explica que el trabajo con luz en lugar de fármacos analgésicos hace que sea mucho más fácil entender cómo funcionan los receptores dentro de la compleja red de células y circuitos del cerebro y la médula espinal.
"Ha sido difícil determinar exactamente cómo trabajan los receptores opioides porque tienen múltiples funciones en el cuerpo", explica Bruchas en la nota de prensa de la universidad. "Estos receptores interactúan con medicamentos analgésicos llamados opiáceos, pero también están involucrados en la respiración, se encuentran en el tracto gastrointestinal y desempeñan un papel en la respuesta de recompensa."
Así que los investigadores buscaron una manera de conseguir que los receptores opioides realizaran una sola tarea a la vez, y resultó ser casi tan fácil como apretar un interruptor de la luz, de acuerdo con Bruchas y sus colaboradores.
Mediante la combinación de la proteína rodopsina, que detecta la luz en la retina del ojo, con un tipo específico de receptor opioide llamado receptor opioide mu, los investigadores fueron capaces de construir un receptor que responde a la luz exactamente de la misma manera que los receptores opioides estándar responden a los analgésicos.
Cuando se expone un receptor opioide a un fármaco analgésico, inicia la actividad en vías químicas específicas del cerebro y la médula espinal. Y cuando los investigadores proyecton luz sobre los receptores que contenían rodopsina, se activaron las mismas vías celulares.
Experimento
En un tubo de ensayo, los investigadores expusieron los receptores a luz y luego vieron cómo lanzaban las mismas sustancias químicas que liberan los receptores opioides estándar.
Luego, en ratones, los investigadores implantaron un diodo emisor de luz (LED) del tamaño de un cabello humano en una región del cerebro vinculada a la respuesta de recompensa, e inyectaron los receptores sensibles a la luz que habían fabricado genéticamente en la misma región del cerebro. Las neuronas de esa parte del cerebro liberan productos químicos como la dopamina que crean sentimientos de euforia.
En las décadas de estudios opioides previos, los investigadores han observado a ratones y ratas presionando una palanca para recibir una dosis de morfina, por ejemplo. La morfina activaría los receptores opioides y la liberación de dopamina, y los animales disfrutarían la respuesta y presionarían la palanca de nuevo para continuar sintiendo esa sensación de recompensa.
Esta es una de las razones por la que los pacientes suelen abusar de los opiáceos que reciben como tratamiento para el dolor y las tasas de abuso se han disparado en los últimos diez años.
Para ofrecer una sensación parecida utilizando la luz, los investigadores pusieron a los ratones en una cámara cerrada. En una parte de la cámara, un dispositivo láser de fibra óptica estimulaba la liberación de dopamina en el cerebro. Cuando los animales dejaban esa parte de la cámara, la luz sobre el cerebro se apagaba. Poco después, los ratones regresaban a la parte de la cámara que activaba el dispositivo de fibra óptica para que el cerebro pudiera recibir más estimulación de luz.
"Mediante la activación de los receptores con la luz, estamos causando presumiblemente que el cerebro libere más dopamina", explica Bruchas. "En lugar de que sea una droga como la morfina la que activa un receptor opioide, es la luz la que ofrece la recompensa."
Los investigadores fueron capaces de variar la respuesta de los animales en función de la cantidad y el tipo de luz emitida por el LED. Los diferentes colores de la luz, la duración de la exposición a la luz, y si la luz pulsada era o no constante producían efectos ligeramente diferentes.
Adicción
Cuando una persona toma un medicamento opioide como vicodina para aliviar el dolor, tales drogas interactúan con los receptores en el cerebro para mitigar las sensaciones de dolor. Pero con el tiempo, los pacientes desarrollan tolerancia y a veces adicción. Los opioides también pueden ralentizar drásticamente la respiración de una persona, también, y habitualmente causar estreñimiento.
En teoría, los receptores ajustados a la luz no pueden presentar el mismo peligro. Los investigadores dicen que algún día podría ser posible activar o desactivar las células nerviosas sin afectar a cualquiera de los otros receptores en los que las drogas analgésicas sí influyen, aunque el logro de ese objetivo será difícil.
El equipo de Bruchas está planeando estudios futuros que utilizarán estos receptores para probar formas de controlar las células cerebrales que median en el comportamiento del dolor y la recompensa con la luz en lugar de con fármacos.
Daño cerebral
Investigadores estadounidenses están probando también como tratar el daño cerebral de veteranos de la Guerra del Golfo con luz roja e infrarroja.
Los veteranos se ponen un casco forrado con diodos emisores de luz que aplican luz roja y del infrarrojo cercano al cuero cabelludo. También tienen diodos colocados en sus fosas nasales, para enviar fotones a las partes más profundas del cerebro. La luz es indolora y no genera calor. Un tratamiento dura unos 30 minutos.
La terapia aún está en pruebas, pero se ha comprobado que la luz de los diodos incrementa la salida de óxido nítrico cerca de donde están colocados los LEDs, lo cual mejora el flujo sanguíneo en esa ubicación.
"Estamos aplicando una tecnología que ha existido durante un tiempo", dice la investigador principal, Margaret Naeser, "pero que siempre se ha utilizado en el cuerpo, para la cicatrización de heridas y para tratar dolores musculares y problemas en las articulaciones. Estamos empezar a usarla en el cerebro".
En un tubo de ensayo, los investigadores expusieron los receptores a luz y luego vieron cómo lanzaban las mismas sustancias químicas que liberan los receptores opioides estándar.
Luego, en ratones, los investigadores implantaron un diodo emisor de luz (LED) del tamaño de un cabello humano en una región del cerebro vinculada a la respuesta de recompensa, e inyectaron los receptores sensibles a la luz que habían fabricado genéticamente en la misma región del cerebro. Las neuronas de esa parte del cerebro liberan productos químicos como la dopamina que crean sentimientos de euforia.
En las décadas de estudios opioides previos, los investigadores han observado a ratones y ratas presionando una palanca para recibir una dosis de morfina, por ejemplo. La morfina activaría los receptores opioides y la liberación de dopamina, y los animales disfrutarían la respuesta y presionarían la palanca de nuevo para continuar sintiendo esa sensación de recompensa.
Esta es una de las razones por la que los pacientes suelen abusar de los opiáceos que reciben como tratamiento para el dolor y las tasas de abuso se han disparado en los últimos diez años.
Para ofrecer una sensación parecida utilizando la luz, los investigadores pusieron a los ratones en una cámara cerrada. En una parte de la cámara, un dispositivo láser de fibra óptica estimulaba la liberación de dopamina en el cerebro. Cuando los animales dejaban esa parte de la cámara, la luz sobre el cerebro se apagaba. Poco después, los ratones regresaban a la parte de la cámara que activaba el dispositivo de fibra óptica para que el cerebro pudiera recibir más estimulación de luz.
"Mediante la activación de los receptores con la luz, estamos causando presumiblemente que el cerebro libere más dopamina", explica Bruchas. "En lugar de que sea una droga como la morfina la que activa un receptor opioide, es la luz la que ofrece la recompensa."
Los investigadores fueron capaces de variar la respuesta de los animales en función de la cantidad y el tipo de luz emitida por el LED. Los diferentes colores de la luz, la duración de la exposición a la luz, y si la luz pulsada era o no constante producían efectos ligeramente diferentes.
Adicción
Cuando una persona toma un medicamento opioide como vicodina para aliviar el dolor, tales drogas interactúan con los receptores en el cerebro para mitigar las sensaciones de dolor. Pero con el tiempo, los pacientes desarrollan tolerancia y a veces adicción. Los opioides también pueden ralentizar drásticamente la respiración de una persona, también, y habitualmente causar estreñimiento.
En teoría, los receptores ajustados a la luz no pueden presentar el mismo peligro. Los investigadores dicen que algún día podría ser posible activar o desactivar las células nerviosas sin afectar a cualquiera de los otros receptores en los que las drogas analgésicas sí influyen, aunque el logro de ese objetivo será difícil.
El equipo de Bruchas está planeando estudios futuros que utilizarán estos receptores para probar formas de controlar las células cerebrales que median en el comportamiento del dolor y la recompensa con la luz en lugar de con fármacos.
Daño cerebral
Investigadores estadounidenses están probando también como tratar el daño cerebral de veteranos de la Guerra del Golfo con luz roja e infrarroja.
Los veteranos se ponen un casco forrado con diodos emisores de luz que aplican luz roja y del infrarrojo cercano al cuero cabelludo. También tienen diodos colocados en sus fosas nasales, para enviar fotones a las partes más profundas del cerebro. La luz es indolora y no genera calor. Un tratamiento dura unos 30 minutos.
La terapia aún está en pruebas, pero se ha comprobado que la luz de los diodos incrementa la salida de óxido nítrico cerca de donde están colocados los LEDs, lo cual mejora el flujo sanguíneo en esa ubicación.
"Estamos aplicando una tecnología que ha existido durante un tiempo", dice la investigador principal, Margaret Naeser, "pero que siempre se ha utilizado en el cuerpo, para la cicatrización de heridas y para tratar dolores musculares y problemas en las articulaciones. Estamos empezar a usarla en el cerebro".
Referencia bibliográfica:
Edward R. Siuda, Bryan A. Copits, Martin J. Schmidt, Madison A. Baird, Ream Al-Hasani, William J. Planer, Samuel C. Funderburk, Jordan G. Mccall, Robert W. Gereau Iv, Michael R. Bruchas: Spatiotemporal Control of Opioid Signaling and Behavior. Neuron (2015). DOI: 10.1016/j.neuron.2015.03.066
Edward R. Siuda, Bryan A. Copits, Martin J. Schmidt, Madison A. Baird, Ream Al-Hasani, William J. Planer, Samuel C. Funderburk, Jordan G. Mccall, Robert W. Gereau Iv, Michael R. Bruchas: Spatiotemporal Control of Opioid Signaling and Behavior. Neuron (2015). DOI: 10.1016/j.neuron.2015.03.066
Inicio
Enviar a un amigo
Versión para imprimir
Compartir
El corazón débil también daña al cerebro
CIENCIA ON LINE