Un año dentro del cerebro
El milmillonario proyecto de EE UU para entender nuestros 86.000 millones de neuronas empieza a ofrecer nuevas tecnologías para asomarse al interior del cráneo como nunca
Un técnico trabaja en el banco de cerebros de la Universidad de Harvard. / SPL
El ser humano ha conseguido que una sonda lanzada desde la Tierra se
pose, tras un viaje de 6.000 millones de kilómetros por el espacio, sobre un cometa
que surca el sistema solar a 135.000 kilómetros por hora. Sin embargo,
ese mismo ser humano es incapaz de entender su propio cerebro. El órgano
de kilo y medio que tenemos dentro de la cabeza es un completo extraño.
No hay herramientas para estudiarlo. Contiene 86.000 millones de
neuronas, con billones de conexiones entre ellas. Con la tecnología
actual, abarcarlo es imposible. Es como intentar comprender el universo
mirando por la ventana hacia la Osa Mayor.
Pero esta situación de impotencia podría durar poco. En abril de 2013, el presidente estadounidense Barack Obama anunció el proyecto BRAIN, una iniciativa de 4.500 millones de dólares hasta 2022 para “proporcionar a los científicos las herramientas que necesitan para obtener una fotografía dinámica del cerebro en acción y entender mejor cómo pensamos, aprendemos y recordamos”.
BRAIN arrancó el 1 de octubre de 2014, cuando los laboratorios, entre ellos algunos de los Institutos Nacionales de la Salud de EE UU y de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa (DARPA, máximo exponente de la ciencia militar), comenzaron a recibir dólares. En su primer año fiscal, BRAIN empieza a ofrecer sus primeros resultados.
Los neurocientíficos ya se asoman al cerebro como nunca antes lo habían hecho. Uno de ellos es Charles Lieber, de la Universidad de Harvard. Su equipo presentó en junio en la revista Nature Nanotechnology un dispositivo electrónico muy flexible que se puede implantar en el cerebro de ratones con una microjeringuilla. Esta técnica, revolucionaria, permite cubrir con una malla de electrodos la corteza cerebral para registrar in situ las señales eléctricas neuronales.
"Este dispositivo electrónico inyectable tiene una estructura en forma de malla que, a mayor escala, parecería una mosquitera de las que ponemos en las ventanas para que no entren los bichos. Como una mosquitera, que es muy flexible y por la que puedes ver fácilmente a través, nuestro dispositivo electrónico en forma de malla está abierto en el 90% de su superficie, casi es invisible dentro de un vaso de agua", afirma Lieber.
"Y, muy importante, es casi un millón de veces más flexible que el más flexible de los dispositivos electrónicos estudiados por otros investigadores. Su flexibilidad y sus espacios hacen que nuestro dispositivo se asemeje mucho al tejido nervioso y, por ello, no cause reacción en el tejido cerebral una vez implantado", explica.
Las posibles aplicaciones son formidables. Y no solo para entender el cerebro. El dispositivo también podría servir “para estimular la actividad neuronal en regiones cerebrales profundas relevantes en la enfermedad de Parkinson”, según Lieber.
El joven Evan Macosko,
de la Escuela de Medicina de Harvard, también se encuentra en la
primera línea de fuego del proyecto BRAIN. Cada célula de nuestro
cerebro custodia en su interior una copia de todos nuestros genes. Pero
cada célula solo lee determinadas páginas de ese manual de
instrucciones. Una célula del músculo utiliza los genes que le permiten
contraerse. Una célula del riñón emplea los que posibilitan que filtre
sangre.
“Todavía no entendemos muchas de las funciones de las células del cerebro. Si pudiéramos saber qué genes están usando, podríamos entender mejor sus funciones y cómo se clasifican”, señala Macosko. Dicho más claro, todavía no sabemos cuántos tipos de células hay en nuestro cerebro ni cuántas hay de cada.
El equipo de Macosko presentó en mayo, en la revista Cell, la Drop-seq, una tecnología que identifica qué genes está usando una célula, o las decenas de miles de células en una muestra de tejido. “Nuestro siguiente paso es utilizar Drop-seq para crear un atlas de las células del cerebro, un listado minucioso de los tipos de células que están presentes en cada región cerebral”, adelanta. Un atlas así abriría la puerta a entender mejor las funciones de diferentes zonas del cerebro, pero antes Macosko y los suyos tendrán que afinar el tiro: por el momento, Drop-seq solo detecta el 12% de los genes que utiliza cada célula.
El biólogo molecular Bryan Roth,
de la Universidad de Carolina del Norte, es otro de los científicos en
la vanguardia de BRAIN. Su equipo diseña en su laboratorio receptores
celulares, una especie de porteros de discoteca de las células. Estos
guardianes sintéticos, conocidos como DREADD, se pueden colocar en
células cerebrales para activarlas y desactivarlas mediante fármacos
teledirigidos.
“Básicamente, nos permiten tomar el control remoto de las células cerebrales. Podemos encenderlas o apagarlas para entender cómo funciona el cerebro”, detalla Roth. Su enfoque es similar al de la optogenética, otra técnica en la frontera del conocimiento: los científicos instalan genes de algas sensibles a la luz a bordo de virus, que inyectan en cráneos de ratas o monos. Una vez colocados en las neuronas de los animales, los genes producen una proteína que hace de interruptor de la célula, activándola o desactivándola en función de ráfagas de luz láser lanzadas por los investigadores.
El problema de la optogenética es que requiere invadir el cráneo para introducir la luz láser. Y los DREADD también tienen un talón de Aquiles, según admite Roth: "No nos permiten un control rápido de la actividad celular, son más lentos que la optogenética".
El grupo del biólogo molecular acaba de presentar un nuevo DREADD, más sofisticado, en la revista especializada Neuron. “Las drogas que usamos no hacen nada a los animales más allá de apagar y encender neuronas”, asegura. Los DREADD, y el resto de tecnologías surgidas de la iniciativa BRAIN, pueden ser para el cerebro lo que el telescopio fue para el universo.
“La neurociencia es una guerra de guerrillas y estamos intentando unificarnos en un gran ejército para dar saltos en la investigación del cerebro. Los grandes proyectos como BRAIN y el Proyecto Cerebro Humano valen más que ir por separado”, sentencia. Sin embargo, las iniciativas de la UE y EE UU no han unido fuerzas. ¿En qué proyectos están colaborando? “Por lo que sé, en ninguno”, responde Rafael Yuste, el neurobiólogo español —catedrático de la Universidad de Columbia (EE UU)— que fue ideólogo de BRAIN. “No hay colaboraciones de manera oficial”, confirma De Felipe.
Pero esta situación de impotencia podría durar poco. En abril de 2013, el presidente estadounidense Barack Obama anunció el proyecto BRAIN, una iniciativa de 4.500 millones de dólares hasta 2022 para “proporcionar a los científicos las herramientas que necesitan para obtener una fotografía dinámica del cerebro en acción y entender mejor cómo pensamos, aprendemos y recordamos”.
BRAIN arrancó el 1 de octubre de 2014, cuando los laboratorios, entre ellos algunos de los Institutos Nacionales de la Salud de EE UU y de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa (DARPA, máximo exponente de la ciencia militar), comenzaron a recibir dólares. En su primer año fiscal, BRAIN empieza a ofrecer sus primeros resultados.
Los neurocientíficos ya se asoman al cerebro como nunca antes lo habían hecho. Uno de ellos es Charles Lieber, de la Universidad de Harvard. Su equipo presentó en junio en la revista Nature Nanotechnology un dispositivo electrónico muy flexible que se puede implantar en el cerebro de ratones con una microjeringuilla. Esta técnica, revolucionaria, permite cubrir con una malla de electrodos la corteza cerebral para registrar in situ las señales eléctricas neuronales.
"Este dispositivo electrónico inyectable tiene una estructura en forma de malla que, a mayor escala, parecería una mosquitera de las que ponemos en las ventanas para que no entren los bichos. Como una mosquitera, que es muy flexible y por la que puedes ver fácilmente a través, nuestro dispositivo electrónico en forma de malla está abierto en el 90% de su superficie, casi es invisible dentro de un vaso de agua", afirma Lieber.
"Y, muy importante, es casi un millón de veces más flexible que el más flexible de los dispositivos electrónicos estudiados por otros investigadores. Su flexibilidad y sus espacios hacen que nuestro dispositivo se asemeje mucho al tejido nervioso y, por ello, no cause reacción en el tejido cerebral una vez implantado", explica.
Las posibles aplicaciones son formidables. Y no solo para entender el cerebro. El dispositivo también podría servir “para estimular la actividad neuronal en regiones cerebrales profundas relevantes en la enfermedad de Parkinson”, según Lieber.
Un equipo de Harvard ha diseñado un dispositivo
electrónico muy flexible, "como una mosquitera", que se puede implantar
en el cerebro con una microjeringuilla
“Todavía no entendemos muchas de las funciones de las células del cerebro. Si pudiéramos saber qué genes están usando, podríamos entender mejor sus funciones y cómo se clasifican”, señala Macosko. Dicho más claro, todavía no sabemos cuántos tipos de células hay en nuestro cerebro ni cuántas hay de cada.
El equipo de Macosko presentó en mayo, en la revista Cell, la Drop-seq, una tecnología que identifica qué genes está usando una célula, o las decenas de miles de células en una muestra de tejido. “Nuestro siguiente paso es utilizar Drop-seq para crear un atlas de las células del cerebro, un listado minucioso de los tipos de células que están presentes en cada región cerebral”, adelanta. Un atlas así abriría la puerta a entender mejor las funciones de diferentes zonas del cerebro, pero antes Macosko y los suyos tendrán que afinar el tiro: por el momento, Drop-seq solo detecta el 12% de los genes que utiliza cada célula.
El equipo del biólogo Bryan Roth puede encender y apagar células cerebrales mediante fármacos teledirigidos
“Básicamente, nos permiten tomar el control remoto de las células cerebrales. Podemos encenderlas o apagarlas para entender cómo funciona el cerebro”, detalla Roth. Su enfoque es similar al de la optogenética, otra técnica en la frontera del conocimiento: los científicos instalan genes de algas sensibles a la luz a bordo de virus, que inyectan en cráneos de ratas o monos. Una vez colocados en las neuronas de los animales, los genes producen una proteína que hace de interruptor de la célula, activándola o desactivándola en función de ráfagas de luz láser lanzadas por los investigadores.
El problema de la optogenética es que requiere invadir el cráneo para introducir la luz láser. Y los DREADD también tienen un talón de Aquiles, según admite Roth: "No nos permiten un control rápido de la actividad celular, son más lentos que la optogenética".
El grupo del biólogo molecular acaba de presentar un nuevo DREADD, más sofisticado, en la revista especializada Neuron. “Las drogas que usamos no hacen nada a los animales más allá de apagar y encender neuronas”, asegura. Los DREADD, y el resto de tecnologías surgidas de la iniciativa BRAIN, pueden ser para el cerebro lo que el telescopio fue para el universo.
Guerra fría entre la neurociencia estadounidense y la europea
“Un milímetro cúbico de corteza cerebral del ser humano contiene unas 27.000 neuronas y 1.000 millones de conexiones. Y eso en un volumen similar al de una cabeza de alfiler. Estudiar el cerebro es enormemente complejo y requiere un abordaje multidisciplinar”, reflexiona Javier de Felipe, neurocientífico del Instituto Cajal (CSIC), en Madrid. De Felipe es uno de los directores del polémico Proyecto Cerebro Humano, el equivalente europeo de BRAIN. Con apoyo de la Comisión Europea, recibirá 1.000 millones de euros en 10 años.“La neurociencia es una guerra de guerrillas y estamos intentando unificarnos en un gran ejército para dar saltos en la investigación del cerebro. Los grandes proyectos como BRAIN y el Proyecto Cerebro Humano valen más que ir por separado”, sentencia. Sin embargo, las iniciativas de la UE y EE UU no han unido fuerzas. ¿En qué proyectos están colaborando? “Por lo que sé, en ninguno”, responde Rafael Yuste, el neurobiólogo español —catedrático de la Universidad de Columbia (EE UU)— que fue ideólogo de BRAIN. “No hay colaboraciones de manera oficial”, confirma De Felipe.
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