En los últimos 10 años una técnica llamada optogenética ha transformado la neurociencia, al permitir a los investigadores activar y desactivar neuronas específicas en animales de experimentación. Estos interruptores neuronales han proporcionado pistas sobre qué vías cerebrales están implicadas en enfermedades como la depresión o el trastorno obsesivo-compulsivo. "La optogenética no es solo un éxito pasajero", dice el neurocientífico Robert Gereau de la Universidad de Washington en Saint Louis. "Nos permite hacer experimentos que antes no eran factibles. Se trata de una técnica revolucionaria como pocas otras en la ciencia".

Desde que se publicaron los primeros trabajos sobre optogenética a mediados de la década pasada, algunos investigadores han especulado con el uso de la optogenética en pacientes, imaginando por ejemplo la posibilidad de tener un interruptor para controlar la depresión.

La técnica, sin embargo, implicaría someter a los pacientes a procedimientos médicos altamente invasivos, como ingeniería genética para insertar interruptores moleculares en las neuronas, y enroscar una fibra óptica en el cerebro para activar dichos interruptores. Alentados por una serie de avances técnicos, el pionero en optogenética Karl Deisseroth y otros investigadores de la Universidad de Stanford, han creado una empresa que pretende realizar ensayos con optogenética en pacientes en los próximos años. De hecho hay varias compañías que están contemplando realizar ensayos clínicos con la técnica.

Circuit Therapeutics, fundada en 2010, apoya a compañías farmacéuticas en el uso de la optogenética en investigación animal para el desarrollo de nuevos medicamentos. Pero también tiene planes específicos para el tratamiento de enfermedades neurológicas directamente en humanos. Circuit quiere comenzar ensayos clínicos con optogenética para tratar el dolor crónico, porque sería una terapia menos invasiva que las que requieren implantación de electrodos dentro del cerebro. Las neuronas afectadas por dolor crónico son relativamente accesibles, ya que residen dentro y justo por fuera de la médula espinal, y son mucho más fáciles de manipular que el cerebro. Incluso se puede actuar sobre las terminaciones nerviosas de la piel, que son todavía más fáciles de alcanzar. "En modelos animales funciona increíblemente bien", dice Scott Delp, neurocientífico de Stanford que colabora con Deisseroth. La empresa también está trabajando para desarrollar tratamientos para el párkinson y otros trastornos neurológicos.

El interés de los pacientes en la optogenética y terapias relacionadas es cada vez mayor. RetroSense Therapeutics, una compañía con sede en Michigan, ha comunicado sus planes de comenzar en breve ensayos con optogenética en humanos para tratar una condición genética que causa ceguera. La nueva tecnología se basa en opsinas, un tipo de canal iónico relacionado con la señalización eléctrica de las neuronas. Las neuronas contienen cientos de diferentes tipos de canales iónicos, pero las opsinas son peculiares porque se abren en respuesta a la luz. La retina humana contiene algunas opsinas, pero las utilizadas en optogenética se derivan de algas y otros organismos. Las primeras opsinas utilizadas en optogenética, llamadas canales de rodopsina, se abren para permitir la entrada de iones cargados positivamente en la célula cuando son activadas por un destello de luz azul, haciendo que la neurona dispare un impulso eléctrico. Otros canales de proteínas opsina dejan pasar iones negativos en respuesta a la luz, que actúan como inhibidores y permiten silenciar neuronas. Gracias a la ingeniería genética los investigadores han expandido ampliamente el arsenal de opsinas disponibles haciendo, por ejemplo, unos canales que permanecen abiertos en respuesta a cortas ráfagas de luz.

El reto principal que afrontan las terapias de optogenética es cómo insertar los genes que produzcan canales de opsina en las neuronas humanas adultas. En roedores los investigadores han empleado dos estrategias: hacer ratones transgénicos que producen opsinas en neuronas específicas (esta opción no es válida en seres humanos), y usar virus como vectores que implanten el gen en las neuronas. Los virus se están utilizando actualmente para otros tipos de terapia génica en humanos, pero sigue habiendo problemas, pues los virus deben penetrar neuronas maduras y entregar su carga de genes sin provocar una reacción inmune. Además la neurona tiene que expresar la opsina en el lugar correcto, y tiene que seguir produciendo la proteína de forma continua, idealmente para siempre.

Delp y otros han logrado aliviar el dolor en roedores mediante la activación de una opsina que apaga el circuito generador del dolor. "Dos semanas después de una única inyección de virus con un gen para una opsina inhibitoria en el nervio periférico, vemos expresión sólida de opsinas en las neuronas de todo el camino hacia abajo a la piel. Lo único que debemos hacer es iluminar la piel y podemos suprimir el dolor al tacto y la sensibilidad al calor (síntoma importante en las personas con dolor crónico)", dice Delp. Está por verse si la técnica realmente funciona en humanos.

El segundo obstáculo es cómo iluminar las neuronas que llevan los canales opsina, de manera que se encienda o apague el circuito cerebral deseado. En humanos suministrar luz directamente al cerebro requeriría cirugía mayor, pero silenciar las neuronas periféricas que transmiten el dolor sería mucho menos invasivo; tal vez incluso tan simple como instalar un parche emisor de luz. Recientemente Gereau, en colaboración con John Rogers de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, implantó unos dispositivos miniaturizados encima de los nervios periféricos y la médula espinal de roedores, que se pueden recargar sin cables por radiofrecuencia. El ingeniero eléctrico de Stanford Ada Poon, en colaboración con Delp y Deisseroth, también desarrolló recientemente un dispositivo inalámbrico similar para su uso en roedores.

Aunque las neuronas fuera del cerebro son más accesibles, también son difíciles de activar con luz, porque un dispositivo emisor rígido podría dañar el delicado tejido nervioso. Pero los nuevos dispositivos de Gereau son flexibles y maleables, de manera que se mueven con los animales. El investigador está convencido de que la optogenética para terapias humanas está en las primeras etapas de su desarrollo. "Ciertamente creo que hay potencial terapéutico para la optogenética," asegura. Dentro de una década, la desactivación de las neuronas del  circuito del dolor podría no ser muy diferente a apagar un interruptor de luz.