Investigadores crearon sinapsis eléctricas diseñadas genéticamente en mamíferos por primera vez

Por primera vez, un equipo de investigadores ha logrado crear sinapsis eléctricas artificiales en mamíferos, específicamente en ratones, utilizando técnicas de edición genética. Este avance, que podría revolucionar el tratamiento de trastornos psiquiátricos como el trastorno obsesivo-compulsivo (TOC), fue reportado por un grupo de científicos liderado por Kafui Dzirasa, de la Universidad de Duke, en Carolina del Norte. Según detalló el equipo, estas conexiones neuronales diseñadas genéticamente tienen el potencial de alterar el comportamiento animal y abrir nuevas vías para la investigación en salud mental.

De acuerdo con los investigadores, las sinapsis eléctricas creadas artificialmente permiten transmitir señales en el cerebro de manera diferente a las sinapsis químicas, que son las más comunes en mamíferos. Este enfoque busca superar las limitaciones de las sinapsis químicas, que dependen de neurotransmisores y cuya disfunción está asociada a diversos trastornos mentales. Según explicó Dzirasa, el objetivo era diseñar un sistema que pudiera “eludir” las sinapsis químicas mediante la creación de conexiones eléctricas entre las células cerebrales.

El desarrollo de estas sinapsis eléctricas comenzó con la búsqueda de proteínas adecuadas para su implementación. Según informó el equipo de la Universidad de Duke, los investigadores analizaron una vasta cantidad de literatura científica para identificar proteínas con las propiedades necesarias para construir estas conexiones. Finalmente, seleccionaron las conexiones 34.7 y 35, proteínas presentes en la perca blanca (Morone americana), un pez de agua dulce. Estas conexiones fueron elegidas debido a su capacidad para formar uniones eléctricas entre neuronas, actuando como los polos positivos y negativos de un circuito.

El siguiente desafío fue determinar en qué áreas del cerebro de los ratones debían colocarse estas proteínas. Para ello, los científicos implantaron diminutos electrodos en distintas regiones cerebrales, con el fin de registrar la actividad eléctrica y mapear el flujo de información en el cerebro. Este análisis permitió identificar las células específicas que debían recibir las sinapsis diseñadas.

Una vez identificadas las áreas cerebrales objetivo, los investigadores utilizaron un virus inocuo para introducir la información genética necesaria para la producción de las conexiones en las neuronas de los ratones. Este procedimiento resultó en la formación de sinapsis eléctricas funcionales en un microcircuito de la corteza frontal, lo que alteró la circulación eléctrica en el cerebro de los animales.

Los resultados fueron sorprendentes. Según reportó el equipo, los ratones con estas sinapsis eléctricas mostraron comportamientos más sociables y exploratorios, lo que sugiere que esta técnica podría ser útil para tratar trastornos como la ansiedad social. David Spray, del Colegio de Medicina Albert Einstein en Nueva York, calificó el enfoque como una “idea ingeniosa” y destacó su potencial para estudiar cómo los cambios en los circuitos neuronales afectan el comportamiento.

Además de modificar comportamientos sociales, los investigadores exploraron si las sinapsis eléctricas diseñadas podrían promover la resiliencia frente al estrés, un factor clave en la prevención de trastornos mentales. Según explicó Dzirasa, el equipo se centró en un circuito de largo alcance entre la corteza frontal y el tálamo, una región del cerebro involucrada en la respuesta al estrés. En situaciones de estrés, los ratones suelen quedarse inmóviles, pero la introducción de las sinapsis eléctricas mejoró la comunicación entre estas regiones cerebrales y evitó esta respuesta inmóvil.

Dzirasa destacó que este avance representa un método para “editar la conexión entre células”, lo que permite reconfigurar el cerebro de manera específica. Según el investigador, esta técnica podría utilizarse en el futuro para corregir déficits genéticos en la conectividad cerebral y prevenir la aparición de trastornos psiquiátricos.

En un experimento adicional, los científicos probaron la eficacia de las sinapsis eléctricas en ratones jóvenes genéticamente predispuestos a desarrollar comportamientos similares al TOC. Estos animales suelen acicalarse compulsivamente hasta el punto de causarse lesiones faciales graves, un comportamiento comparable al lavado de manos excesivo en personas con TOC. Sin embargo, los ratones con sinapsis eléctricas diseñados mostraron una reducción significativa en este comportamiento, y aproximadamente dos tercios de ellos no desarrollaron lesiones faciales.

Dzirasa explicó que las conexiones seleccionadas para este experimento fueron elegidas en parte porque se espera que funcionen de manera similar en humanos. Además, los atlas de perfiles de expresión génica en humanos podrían ayudar a identificar las células objetivo para futuras aplicaciones de esta técnica.

Aunque los resultados en ratones son prometedores, los investigadores advierten que la aplicación de esta tecnología en humanos aún está lejos de ser una realidad. Según Dzirasa, uno de los principales desafíos será garantizar que las sinapsis eléctricas diseñadas no generen efectos secundarios indeseados, como la formación de nuevas conexiones neuronales que puedan anular los efectos deseados o causar problemas adicionales.

Ithai Rabinowitch, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, quien previamente trabajó en la implantación de sinapsis eléctricas en el gusano nematodo Caenorhabditis elegans, expresó su entusiasmo por el potencial de esta técnica. Según Rabinowitch, la ingeniería de conexiones sinápticas podría ofrecer un enfoque biológico para comprender la función de los circuitos neuronales y tratar enfermedades relacionadas con la conectividad cerebral. Sin embargo, también advirtió sobre la necesidad de evaluar cuidadosamente los posibles riesgos y efectos secundarios.

Por su parte, Dzirasa subrayó la importancia de abordar las cuestiones éticas asociadas con la edición cerebral en humanos. “Solo quiero asegurarme de que haya algo disponible para las personas si lo necesitan”, afirmó, destacando el compromiso del equipo con el desarrollo responsable de esta tecnología.

Este innovador enfoque, que combina la edición genética con la ingeniería de sinapsis eléctricas, representa un avance significativo en el estudio de los circuitos neuronales y su relación con el comportamiento. Aunque aún queda un largo camino por recorrer antes de que esta tecnología pueda ser aplicada en humanos, los resultados obtenidos en ratones abren nuevas posibilidades para el tratamiento de trastornos psiquiátricos y la comprensión de la conectividad cerebral.