Los pensamientos controlan un LED del infrarrojo cercano, que activa la producción de una molécula en la cámara de cultivo. Imagen: Martin Fussenegger. Fuente: ETH Zurich.
Recuerda a la escena de El imperio contraataca en la que el maestro Yoda instruye al joven Luke Skywalker en usar la fuerza para sacar su nave X-Wing de la ciénaga: Marc Folcher y otros investigadores del grupo liderado por Martin Fussenegger, profesor de Biotecnología y Bioingeniería del Departamento de Biosistemas en Basilea, de la Universidad Politécnica Federal de Zúrich (Suiza), han desarrollado un método que permite controlar con ondas cerebrales específicas la conversión de genes en proteínas, llamada expresión génica en términos técnicos.
"Por primera vez, hemos sido capaces de aprovechar las ondas cerebrales humanas, transferirlas de forma inalámbrica a una red de genes y regular la expresión de un gen en función del tipo de pensamiento. Ser capaz de controlar la expresión génica a través del poder del pensamiento es un sueño que hemos estado persiguiendo durante más de una década", explica Fussenegger en la nota de prensa de la Escuela.
Una fuente de inspiración para el nuevo sistema de regulación de genes controlados por el pensamiento es el juego Mindflex, en el que el jugador lleva un auricular especial con un sensor en la frente que, aparentemente, registra las ondas cerebrales. El electroencefalograma (EEG) registrado se transfiere entonces al entorno de juego. El EEG controla un ventilador que permite que una pequeña bola sea guiada por el pensamiento a través de una carrera de obstáculos.
Transmisión inalámbrica
El sistema, que los bioingenieros suizos publicaron recientemente en la revista Nature Communications, también hace uso de un auricular EEG. Las ondas cerebrales grabadas se analizan y se transmiten de forma inalámbrica a través de Bluetooth a un controlador, que a su vez controla un generador de campo que genera un campo electromagnético; éste da suministro a un implante (colocado en un ratón, por ejemplo) con una corriente de inducción.
A continuación, se hace la luz en el implante: una lámpara LED integrada que emite luz en el rango del infrarrojo cercano se enciende y se ilumina una cámara de cultivo, conectada al implante, que contiene células modificadas genéticamente. Cuando la luz del infrarrojo cercano ilumina las células, éstas comienzan a producir la proteína deseada.
El implante fue probado inicialmente con cultivos de células y ratones, y controlado por los pensamientos de varios participantes de prueba. Para los experimentos, los investigadores utilizaron SEAP, una proteína de tipo humano fácil de detectar que se difunde desde la cámara de cultivo hacia el torrente sanguíneo del ratón.
"Por primera vez, hemos sido capaces de aprovechar las ondas cerebrales humanas, transferirlas de forma inalámbrica a una red de genes y regular la expresión de un gen en función del tipo de pensamiento. Ser capaz de controlar la expresión génica a través del poder del pensamiento es un sueño que hemos estado persiguiendo durante más de una década", explica Fussenegger en la nota de prensa de la Escuela.
Una fuente de inspiración para el nuevo sistema de regulación de genes controlados por el pensamiento es el juego Mindflex, en el que el jugador lleva un auricular especial con un sensor en la frente que, aparentemente, registra las ondas cerebrales. El electroencefalograma (EEG) registrado se transfiere entonces al entorno de juego. El EEG controla un ventilador que permite que una pequeña bola sea guiada por el pensamiento a través de una carrera de obstáculos.
Transmisión inalámbrica
El sistema, que los bioingenieros suizos publicaron recientemente en la revista Nature Communications, también hace uso de un auricular EEG. Las ondas cerebrales grabadas se analizan y se transmiten de forma inalámbrica a través de Bluetooth a un controlador, que a su vez controla un generador de campo que genera un campo electromagnético; éste da suministro a un implante (colocado en un ratón, por ejemplo) con una corriente de inducción.
A continuación, se hace la luz en el implante: una lámpara LED integrada que emite luz en el rango del infrarrojo cercano se enciende y se ilumina una cámara de cultivo, conectada al implante, que contiene células modificadas genéticamente. Cuando la luz del infrarrojo cercano ilumina las células, éstas comienzan a producir la proteína deseada.
El implante fue probado inicialmente con cultivos de células y ratones, y controlado por los pensamientos de varios participantes de prueba. Para los experimentos, los investigadores utilizaron SEAP, una proteína de tipo humano fácil de detectar que se difunde desde la cámara de cultivo hacia el torrente sanguíneo del ratón.
Regular la cantidad
Para regular la cantidad de proteína liberada, los participantes fueron clasificados según tres estados de la mente: la bio-retroalimentación, la meditación y la concentración.
Los participantes que jugaron al Buscaminas, es decir, que fueron inducidos a concentrarse, provocaron valores intermedios de SEAP en el torrente sanguíneo de los ratones. Cuando se relajaban por completo (meditación), los investigadores registraron valores muy altos de SEAP en los animales de prueba.
Para conseguir la bio-retroalimentación, los participantes observaron la luz LED del implante en el cuerpo del ratón y fueron capaces de cambiar conscientemente encenderla o apagarla a través de la retroalimentación visual. Esto a su vez se reflejó en las cantidades variables de SEAP en el torrente sanguíneo de los ratones. "Controlar los genes de esta manera es algo completamente nuevo y único en su sencillez", recalca Fussenegger.
El módulo optogenético sensible a la luz que reacciona a la luz del infrarrojo cercano es un avance especialmente destacado. La luz brilla en una proteína modificada sensible a la luz, dentro de las células con genes modificados, y desencadena una cascada de señal artificial, que da como resultado la producción de SEAP.
Se utilizó luz del infrarrojo cercano, ya que generalmente no es perjudicial para las células humanas, puede penetrar profundamente en el tejido y permite que el funcionamiento del implante sea rastreado visualmente.
El sistema funciona de manera eficiente y efectiva en el cultivo celular humano y en el sistema humano-ratón. Fussenegger espera que un implante controlado con el pensamiento pueda ayudar un día a combatir enfermedades neurológicas, mediante la detección de ondas cerebrales específicas que provoquen la creación de agentes específicos en el implante.
Para regular la cantidad de proteína liberada, los participantes fueron clasificados según tres estados de la mente: la bio-retroalimentación, la meditación y la concentración.
Los participantes que jugaron al Buscaminas, es decir, que fueron inducidos a concentrarse, provocaron valores intermedios de SEAP en el torrente sanguíneo de los ratones. Cuando se relajaban por completo (meditación), los investigadores registraron valores muy altos de SEAP en los animales de prueba.
Para conseguir la bio-retroalimentación, los participantes observaron la luz LED del implante en el cuerpo del ratón y fueron capaces de cambiar conscientemente encenderla o apagarla a través de la retroalimentación visual. Esto a su vez se reflejó en las cantidades variables de SEAP en el torrente sanguíneo de los ratones. "Controlar los genes de esta manera es algo completamente nuevo y único en su sencillez", recalca Fussenegger.
El módulo optogenético sensible a la luz que reacciona a la luz del infrarrojo cercano es un avance especialmente destacado. La luz brilla en una proteína modificada sensible a la luz, dentro de las células con genes modificados, y desencadena una cascada de señal artificial, que da como resultado la producción de SEAP.
Se utilizó luz del infrarrojo cercano, ya que generalmente no es perjudicial para las células humanas, puede penetrar profundamente en el tejido y permite que el funcionamiento del implante sea rastreado visualmente.
El sistema funciona de manera eficiente y efectiva en el cultivo celular humano y en el sistema humano-ratón. Fussenegger espera que un implante controlado con el pensamiento pueda ayudar un día a combatir enfermedades neurológicas, mediante la detección de ondas cerebrales específicas que provoquen la creación de agentes específicos en el implante.
Referencia bibliográfica:
Marc Folcher, Sabine Oesterle, Katharina Zwicky, Thushara Thekkottil, Julie Heymoz, Muriel Hohmann, Matthias Christen, Marie Daoud El-Baba, Peter Buchmann, Martin Fussenegger: Mind-controlled transgene expression by a wireless-powered optogenetic designer cell implant. Nature Communications (2014). DOI: 10.1038/ncomms6392
Marc Folcher, Sabine Oesterle, Katharina Zwicky, Thushara Thekkottil, Julie Heymoz, Muriel Hohmann, Matthias Christen, Marie Daoud El-Baba, Peter Buchmann, Martin Fussenegger: Mind-controlled transgene expression by a wireless-powered optogenetic designer cell implant. Nature Communications (2014). DOI: 10.1038/ncomms6392