La optogenética es la técnica por la cual el doctor Karl Deisseroth, psiquiatra y neurocientífico estadounidense de la Universidad de Stanford, y los biofísicos alemanes Peter Hegemann, de la Universidad de Humboldt, y Georg Nagel, de la Universidad de Würzburg, ganaron el 5 de octubre de 2026 el Premio Nobel de Medicina.
El Instituto Karolinska, de Suecia, a cargo de entregar esta distinción, señaló que el premio se debía a sus “descubrimientos sobre los canales iónicos activados por luz y la optogenética”. En simple, descubrieron una proteína de un alga que reacciona a la luz y lograron ponerla en neuronas de animales para encenderlas o apagarlas con luz con diferencias de voltaje. El doctor Óscar Cerda, Profesor Titular del Núcleo Interdisciplinario de Biología y Genética del Instituto de Ciencias Biomédicas y director de Investigación e Innovación de la Facultad de Medicina, ha desarrollado sus proyectos en base al estudio de los canales iónicos. Por ello, explica que “el tema es interesante, porque parte con los avances de Peter Hegemann, quien estaba estudiando, a comienzos de los años ‘90, el alga verde denominada Chlamydomona, de una sola célula, y que nada orientándose según la luz. Así, profundizó en un órgano que tiene, que se llama eyespots, descubriendo que, cuando se estimula con luz tiene una respuesta mucho más rápida que la respuesta del ojo humano a la luz. Esto, porque la señalización de nuestro ojo depende de procesos químicos que al final terminan en la activación de un canal iónico”.
Y lo que Hegemann propuso, añade, es que, en el caso de esta alga, esa respuesta era muy rápida debido a sola proteína y que podía ser un canal iónico. “Desde entonces, empezó a tratar de purificar proteínas, sin mucho éxito, y justo coincidió con un tiempo en el que un grupo científico japonés secuenció y mapeó el genoma de la Chlamydomona. En base a ello, propuso que había dos posibles genes que eran potenciales candidatos que explicaran esta respuesta. Ahí es que ahí es donde entra otro de los premiados por el Nobel, que es Georg Nagel, quien expresó estos dos genes en huevos de rana, dándose cuenta de que estos dos genes se expresaban en la membrana plasmática de estos anfibios, y que al estimular con luz sus huevos había un potencial de acción, por lo que funcionaba efectivamente como un canal iónico, muy rápido, en el rango como de los 0,2 milisegundos. Ellos postularon distintas aplicaciones de esto, pero ellos no estudiaron el potencial de este avance”.
Este proceso continuó, relata el doctor Cerda, con el doctor Karl Deisseroth, médico psiquiatra y doctorado en neurociencia, quien se interesó en cómo modular la actividad neuronal. “Y cuando se enteró de que estos genes, las canalorrodopsinas 1 y 2, él los expresó en neuronas de modelo murino, y ahí se dio cuenta de que podía modificar la actividad neuronal. De esta forma, lo empezaron a utilizar para mapear algunos núcleos neuronales vinculados al miedo, por ejemplo, o a la memoria. Entonces, desde el punto de vista de la biomedicina y de la neurociencia, este nacimiento de la optogenética abre distintas puertas para empezar a mapear conexiones neuronales; es decir, qué neuronas y qué conexiones neuronales tienen que ver con distintos centros, ya sea de conducta o de detección de estímulos. Entender la relevancia de estas conexiones tanto en el proceso fisiológico como fisiopatológico, sirve para comprender qué es lo que está funcionando bien o lo que funciona mal en el contexto de enfermedad. Además, por otro lado, también tiene eventuales usos terapéuticos: Un artículo reciente del New England Journal of Medicine ha evaluado, por ejemplo, el uso de las canalorrodopsinas en la retinitis pigmentosa, intentando expresar estas proteínas y, usando lentes que estimulen con luz, lograr que estos pacientes perciban formas”.
Nuevas aplicaciones
Por otra parte, añade, “también se abrieron otros campos de desarrollo; lo que sabemos ahora es que todas las células -excitables o no- responden a la electricidad, son bioeléctricas. Y si se pudiera empezar a modular distintos procesos, por ejemplo, con estímulos luminosos, eso tendría proyecciones de aplicación en ámbitos que van desde la epilepsia al cáncer o la reparación tisular”.
¿Cómo así, doctor?
Se ha demostrado que las células migrantes, como los fibroblastos, responden a estímulos eléctricos y que dirigen la dirección y velocidad de migración. Se han diseñado dispositivos electrónicos que regulan potenciales y pueden controlar los procesos de migración. En nuestro laboratorio, lo que nosotros estudiamos es precisamente la participación de señales bioeléctricas en procesos de metástasis y procesos de migración celular; por ejemplo, durante la reparación tisular en una herida. Y lo que sabemos ahora es que, para que una célula se mueva, ocurren cambios en el potencial de membrana y actividades locales durante el proceso de migración. Entonces, uno eventualmente podría dirigir la canalorrodopsina u otras proteínas sensibles a la luz a algunos complejos subcelulares que se requieren, por ejemplo, para la migración celular, y así aumentar o eventualmente disminuir, mediante la frecuencia de estimulación lumínica, la migración celular.
Traducido al castellano, ustedes podrían hacer que la célula se mueva más rápido o más lento; en el caso de las células metastásicas, más lento para que no ocurra la metástasis o se produzca menos. Y en el caso de la reparación tisular, que sea más rápido para que se sanen las heridas.
Sí, eso sería interesante. De hecho, estamos recién describiendo cómo las vías o los canales involucrados en estos procesos que tienen que ver con migración celular sabemos que, si hay depolarizaciones, hay alteraciones locales en el potencial de membrana y aumenta la migración celular. Entonces, ahí podemos usar este estímulo o estas canalorrodopsinas localizadas en algunos puntos para estimular o disminuir la migración celular. Eso es lo que hay que probar.
¿Cómo ve usted la proyección hacia la aplicación de estos avances?
Distintos estudios sugieren que, al menos en el caso de Estados Unidos, desde que una investigación parte en el mesón de un laboratorio hasta que llega a una potencial terapia toma aproximadamente entre 17 y 20 años. Entonces, es un salto súper duro, súper amplio, pero lo que uno tiene que empezar es a pensar cómo interaccionar con distintos grupos, básicos con clínicos, con gente que hace otros tipos de investigación, pues eventualmente, puede llevar a preguntas que acortan esa brecha. Los tres ganadores del Nobel terminaron colaborando; por eso es importante avanzar en preguntas fundamentales. ¿Cómo la Chlamidomona responde tan rápido a la luz? A partir de eso caracterizaron el proceso, se identificó a los genes responsables y se aplica ese conocimiento a nuestra problemática, que es la biomedicina. Por eso es importante no olvidarse del valor de la ciencia fundamental. Actualmente estamos tan obsesionados con la ciencia aplicada, pero no hay que olvidar que la ciencia fundamental abre puertas, a soluciones que están ahí y tal vez no ha llegado la persona que las tome y que las aplique. También desde el punto de vista del financiamiento, hay que reflexionar sobre que no basta con buscar áreas aplicadas o prioritarias, sino comprender que todo conocimiento tiene su valor, aunque no se lo hayamos encontrado todavía.