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(Noticias de Nanowerk) En un enfoque novedoso, un nuevo estudio en SISSA (avances científicos, «La interfaz distribuida por fotodiodos a nanoescala permite la activación de la luz de una sola neurona y la mejora sensorial en explantes espinales 3D») utiliza una tecnología que puede activar neuronas individuales con un pulso de luz. Un enfoque específico y no invasivo que se puede utilizar para estudios fundamentales del sistema nervioso, así como para el desarrollo de terapias innovadoras para enfermedades neurológicas.
«Un estallido de luz» para modular la actividad de una sola neurona en tiempo real. Así funcionan los innovadores fotodiodos nanométricos, protagonistas de una nueva investigación publicada en Science Advances. La técnica desarrollada por el equipo de la profesora Laura Ballerini en SISSA en Trieste en colaboración con las universidades de Chicago y Cambridge es realmente innovadora y sofisticada.
Cuando se activan con un haz infrarrojo, los fotodiodos a escala nanométrica pueden enviar un mensaje eléctrico a la célula nerviosa a la que están conectados, regulando su función. El efecto de la estimulación puede entonces extenderse y amplificarse a la red circundante de neuronas debido a sus contactos sinápticos.
Estas nanotecnologías funcionan como un electrodo real pero con un enfoque no invasivo y muy selectivo. Podrían ser extremadamente útiles para la investigación básica para estudiar en detalle los mecanismos del sistema nervioso, pero también para desarrollar terapias dirigidas a enfermedades neurológicas.
Fotodiodos nanométricos: cómo funcionan
“Para estudiar el funcionamiento del sistema nervioso, ahora hay un gran interés en tecnologías que tienen que ser muy precisas y no agresivas. Nuestra estrategia va exactamente en esta dirección. A diferencia de lo explorado anteriormente, donde los electrodos metálicos o la combinación optogenética de manipulación genética y técnicas ópticas, buscamos un enfoque nuevo, más específico y menos invasivo», dicen la profesora Ballerini y sus colaboradores Denis Scaini y Mario Fontanini.
En el estudio, el grupo de investigación de SISSA utilizó fotodiodos nanométricos innovadores desarrollados por la Universidad de Chicago que son capaces de unirse a la membrana superficial de las células nerviosas.
«Los fotodiodos se encienden cuando se iluminan con luz infrarroja», explican los científicos. “De esta manera, pueden tener un efecto eléctrico sobre la célula nerviosa y activarla. Esto es extremadamente útil para fines de investigación, ya que podemos ver qué papel juega una neurona en particular en un proceso particular y, dado que el infrarrojo puede penetrar en el tejido, modular su actividad desde el exterior de una manera ágil en lugar de agresiva”.
Pero, ¿cómo llevas el fotodiodo a la neurona que quieres estudiar? Gracias a un ingenioso mecanismo desarrollado en colaboración con el grupo de Ljiljana Fruk en la Universidad de Cambridge: “El fotodiodo se une a un anticuerpo que actúa como un mensajero, llevándolo y enganchándolo exactamente donde queremos. Esto se debe a que el anticuerpo reconoce con gran especificidad una estructura que sabemos que está en la superficie de la neurona diana”.
Nueva tecnología con gran potencial
Trabajando en el laboratorio en secciones explantadas de la médula espinal, los colaboradores de SISSA se centraron en examinar las neuronas sensoriales involucradas en las vías del dolor: «Nos dimos cuenta de que nuestro método es capaz de estimular selectivamente células individuales para que podamos. Las neuronas con el opuesto pueden activar funciones papeles, por ej. B. excitatoria o inhibitoria”, explican los investigadores. “Al activar una neurona excitatoria en el asta dorsal de la columna vertebral con el fotodiodo, pudimos observar una amplificación de la señal de dolor. Por el contrario, al actuar sobre una neurona inhibitoria, se lograba el efecto contrario: se apagaba la amplificación de la señal de dolor”.
Curiosamente, la investigación también muestra que actuar sobre una sola neurona puede tener un efecto mucho más amplio, afectando la actividad de un área completa. Los investigadores confirman: “Esto es exactamente lo que comprobamos: al estimular una neurona diana, podemos modular la respuesta de todo el circuito, y esto es muy interesante por varias razones”.
De manera más general, Laura Ballerini concluye: «Gracias a su funcionalidad y eficiencia, esta técnica, que hasta ahora solo se ha desarrollado in vitro, podría permitirnos definir circuitos neurosensoriales de una manera muy sofisticada y obtener información muy detallada sobre el papel que juegan individual.» Células nerviosas en diferentes mecanismos. Este conocimiento bien fundamentado permitiría, en consecuencia, desarrollar enfoques terapéuticos cada vez más específicos a nivel de la médula espinal”.
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