Estimulación de la contracción muscular con proteínas fotosensibles

Investigadores de la Universidad de Stanford han sido capaces de
inducir contracción muscular utilizando luz. En el estudio se
utilizaron ratones genéticamente modificados cuyas neuronas estaban
cubiertas con proteínas fotosensibles.

Esto permite a los científicos reproducir con más precisión la orden
de contracción muscular, lo que lo convierte en una valiosa
herramienta de investigación. También creen que ésta técnica podría
algún día tener aplicaciones prácticas desde la recuperación de
movimiento en miembros por daño espinal o cerebral, hasta combatir la
espasticidad de una parálisis cerebral.

El estudio se publicó el 26 de Septiembre de 2010 en Nature Medicine.
Se empleó una tecnología llamada "Optogenetics", la cual se basa en
insertar un gen de algas (Chlamydomonas reinhardtii y Volvox carteri)
en el genoma de los animales de laboratorio. Éste gen codifica para
una proteína que es fotosensible y se sitúa en la superficie de la
membrana de las neuronas; así al iluminarlas con una determinada
longitud de onda, se excitan y provocan la contracción de los músculos
inervados.

Es la primera vez que se utiliza la tecnología "Optogenetics"
(inventada en la Universidad de Stanford para otro estudio) en el
sistema nervioso periférico de mamíferos.

Las neuronas motoras parten de la médula agrupadas formando nervios
hasta alcanzar los músculos (cada neurona inerva un conjunto de
células musculares formando una unidad motora).

Las unidades motoras pueden ser de distinto tamaño, las pequeñas, que
tan sólo inervan varias fibras (células) musculares, o las grandes,
que inervan cientos de ellas. Las pequeñas son las que se contraen
antes y sus músculos son los que realizan actividades de precisión,
como coser, dibujar y tardan más en agotar las reservas de glucógeno.
Las grandes, son las que mueven los músculos más potentes, los que
consumen rápidamente dichas reservas.

Las tentativas anteriores de restaurar la función motora perdida
usando secuencias programadas de impulsos eléctricos que se introducen
a través de un cinturón colocado alrededor de un nervio, han permitido
a las personas que padecen parálisis, caminar algunos minutos.
Desafortunadamente, las fibras de los nervios grandes tienen más
respuesta que las pequeñas al estímulo eléctrico, así los músculos se
contraen de forma incorrecta, primero los músculos potentes y luego
los de precisión, por eso se produce tal fatiga después del
movimiento.

Para el estudio publicado en la revista, el autor principal, Michael
Llewellyn, PhD del laboratorio de Delp, formó un cinturón óptico de
diodos alineados que podían colocarse alrededor de los nervios
ciáticos de los ratones cuyas neuronas exponían en su membrana los
fotorreceptores. Los LED emitían breves impulsos de luz azul a una
intensidad suficientemente alta como para penetrar profundamente en el
nervio, asegurando que todas las fibras que lo formaban, eran
perfectamente estimuladas. De este modo se observó que el orden de
contracción fue el adecuado, tal y como se produce en condiciones
normales.

Usando varias medidas, los investigadores comprobaron que la
estimulación óptica conservaba un tercio de la fuerza inicial tras 20
minutos de estimulación y que la estimulación eléctrica dejaba los
músculos exhaustos a los 4 minutos. Esto es debido a que las fibras
que inervan los músculos de precisión, se estimulan más fácilmente con
luz que con la estimulación eléctrica directa.

El objetivo es introducir en humanos los genes para obtener membranas
neuronales fotosensibles e implantar cinturones fotosensibles por
microcirugía en los nervios dañados, de este modo permitir mediante
impulsos de luz controlados por ordenador, que los pacientes puedan
recuperar la funcionalidad perdida.

Referencia Bibliografica:

http://bioengineering.stanford.edu/
http://www.stanford.edu/group/dlab/optogenetics/
http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/pdf/nm.2228.pdf
-Zhang F, Gradinaru V, Adamantidis AR, Durand R, Airan RD, de Lecea L,
Deisseroth K. Optogenetic interrogation of neural circuits: technology
for probing mammalian brain structures. Nat Protoc. 2010;5(3):439-56.
Epub 2010 Feb 18
-Michael E Llewellyn, Kimberly R Thompson, Karl Deisseroth & Scott
LJournal name:. Orderly recruitment of motor units under optical
control in vivo. Nature MedicineVolume: 16 ,Pages: 1161–1165Year
published: (2010)

NOMBRE:Alexander Sayago Maldonado C.I:16232455
EES seccion:1