{"id":111747,"date":"2023-10-25T11:00:00","date_gmt":"2023-10-25T09:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/?p=111747"},"modified":"2023-10-24T12:24:53","modified_gmt":"2023-10-24T10:24:53","slug":"induced-brain-activation-using-infrared-light-controlled-drugs","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/es\/logran-inducir-la-activacion-cerebral-con-farmacos-controlados-por-luz-infrarroja","title":{"rendered":"Logran inducir la activaci\u00f3n cerebral con f\u00e1rmacos controlados por luz infrarroja"},"content":{"rendered":"\n

Un estudio pionero liderado por el IBEC en colaboraci\u00f3n con el ICFO ha revelado un m\u00e9todo para controlar la actividad cerebral en organismos vivos mediante el uso de f\u00e1rmacos activados por luz infrarroja. Esta t\u00e9cnica de vanguardia activa un receptor espec\u00edfico de neurotransmisores utilizando luz que puede penetrar profundamente en los tejidos y ofrece una precisi\u00f3n farmacol\u00f3gica y espaciotemporal sin igual en tres dimensiones. Estos hallazgos abren nuevas fronteras para la investigaci\u00f3n en neurobiolog\u00eda y el desarrollo de terapias de neuromodulaci\u00f3n no invasivas basadas en la luz.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Rosalba Sortino en los laboratorios del IBEC.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

El estudio del cerebro sigue siendo uno de los desaf\u00edos m\u00e1s importantes en neurociencia. Los investigadores han explorado diversos m\u00e9todos para la visualizaci\u00f3n en vivo y la estimulaci\u00f3n de la actividad profunda del cerebro. Uno de estos m\u00e9todos es la excitaci\u00f3n multifot\u00f3n mediante el uso de luz infrarroja (IR) pulsada. Los tejidos absorben de forma muy d\u00e9bil este tipo de luz, de manera que puede penetrar a trav\u00e9s del hueso y en profundidad en \u00f3rganos como el cerebro. Sin embargo, tiene limitaciones para producir im\u00e1genes enfocadas y controlar la actividad celular con precisi\u00f3n. Para superar esto, los cient\u00edficos han estado investigando la excitaci\u00f3n mediante tres fotones utilizando pulsos ultracortos de luz IR para lograr la visualizaci\u00f3n de todo el c\u00f3rtex cerebral y la observaci\u00f3n de la actividad neuronal. Sin embargo, hasta ahora, no se hab\u00eda probado la estimulaci\u00f3n neuronal in vivo utilizando la excitaci\u00f3n de tres fotones.<\/p>\n\n\n\n

Un estudio pionero, liderado por el Instituto de Bioingenier\u00eda de Catalunya (IBEC) en colaboraci\u00f3n con el ICFO – Instituto de Ciencias Fot\u00f3nicas, ambos miembros del BIST, ha presentado el primer m\u00e9todo para controlar la actividad cerebral en organismos vivos utilizando f\u00e1rmacos activados por excitaci\u00f3n de tres fotones y luz infrarroja media. Este m\u00e9todo se basa en la activaci\u00f3n de un receptor espec\u00edfico para la acetilcolina, un neurotransmisor vital involucrado en varios procesos cerebrales, como el aprendizaje, la atenci\u00f3n y la memoria.<\/p>\n\n\n\n

Para lograrlo, los investigadores utilizaron PAI, una mol\u00e9cula sensible a la luz previamente desarrollada en el IBEC, utilizando la concentraci\u00f3n de f\u00e1rmaco m\u00e1s baja y la longitud de onda de fotoactivaci\u00f3n m\u00e1s larga jam\u00e1s registrada.<\/p>\n\n\n\n

El estudio, publicado en la revista Angewandte Chemie, fue dirigido por el Dr. Pau Gorostiza, Profesor de Investigaci\u00f3n ICREA, miembro del CIBER-BBN y l\u00edder del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores<\/a> en el IBEC, y por el Dr. Pablo Loza-\u00c1lvarez, jefe del laboratorio de Microscop\u00eda de Super resoluci\u00f3n y Nanoscop\u00eda (SNL) <\/a>del ICFO.<\/p>\n\n\n\n

\u00abLa novedad de estos resultados es que nos demuestran que podemos controlar la actividad de los f\u00e1rmacos utilizando luz infrarroja. Adem\u00e1s, la mayor\u00eda de los compuestos fotosensibles que sol\u00edamos usar en fotofarmacolog\u00eda con luz ultravioleta y visible son igualmente susceptibles a ser activados mediante la excitaci\u00f3n de tres fotones con luz infrarroja de longitud media, que resulta menos agresiva para los tejidos.\u00bb,<\/strong> explica Gorostiza.<\/p>\n\n\n\n

\u00abAdem\u00e1s, esta t\u00e9cnica, al ser iluminaci\u00f3n IR, ofrece la posibilidad de llegar muy profundo dentro del tejido y con resoluciones submicrom\u00e9tricas en las tres dimensiones. En t\u00e9rminos simples, significa que podemos localizar la activaci\u00f3n justo en el punto focal del haz l\u00e1ser, al iluminarlo externamente a trav\u00e9s del cr\u00e1neo\u00bb<\/strong>, agrega Loza-\u00c1lvarez.<\/p>\n\n\n\n

Estos resultados muestran el potencial de la farmacolog\u00eda de tres fotones y abren nuevas perspectivas para la investigaci\u00f3n fundamental en neurobiolog\u00eda y el desarrollo de terapias de neuromodulaci\u00f3n basadas en la luz.<\/p>\n\n\n\n

El poder de la luz<\/strong><\/strong><\/h4>\n\n\n\n

La luz se puede utilizar para lograr dirigir la acci\u00f3n de f\u00e1rmacos en \u00e1reas espec\u00edficas del cuerpo mediante la fotofarmacolog\u00eda. Este enfoque innovador implica modificar la estructura qu\u00edmica de un f\u00e1rmaco agregando a su estructura un interruptor molecular activado por la luz. De esta manera se consigue que el f\u00e1rmaco se active solo cuando se expone a un color de luz particular.<\/p>\n\n\n

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Larva de pez cebra<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

En investigaciones anteriores, cient\u00edficos y cient\u00edficas del IBEC intentaron activar PAI utilizando excitaci\u00f3n de una fot\u00f3n y dos fotones con una reversibilidad y un control in vivo limitados. En su nuevo art\u00edculo cient\u00edfico, los investigadores recurrieron a la luz infrarroja de longitud de onda m\u00e1s larga y a c\u00e1lculos te\u00f3ricos para mejorar la activaci\u00f3n de PAI a trav\u00e9s de excitaciones de m\u00faltiples fotones. Estos c\u00e1lculos, realizados por el laboratorio de Josep Maria Lluch y Jordi Hernando en la Universidad Aut\u00f3noma de Barcelona, sugirieron que la excitaci\u00f3n de tres fotones podr\u00eda ser m\u00e1s eficiente que las alternativas de dos fotones y que el principio podr\u00eda ser ampliamente aplicable.<\/p>\n\n\n\n

Posteriormente, los investigadores llevaron a cabo experimentos in vivo para validar estas predicciones te\u00f3ricas. Utilizaron larvas de pez cebra gen\u00e9ticamente modificadas para expresar un indicador de calcio fluorescente. La actividad neuronal conduce a r\u00e1pidas fluctuaciones en los niveles intracelulares de calcio libre, raz\u00f3n por la cual los indicadores de calcio se utilizan com\u00fanmente para visualizar la actividad neuronal.<\/p>\n\n\n\n

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La primera vez que vimos las respuestas cerebrales quedamos realmente impresionados. Todo el cerebro se ilumin\u00f3.<\/p>\nRosalba Sortino<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Esta configuraci\u00f3n experimental les permiti\u00f3 observar y analizar las alteraciones en los niveles de calcio cuando el cerebro fue expuesto a estimulaci\u00f3n lum\u00ednica a trav\u00e9s de la excitaci\u00f3n de tres fotones: \u00abLa primera vez que vimos las respuestas cerebrales quedamos realmente impresionados. Administrarnos el compuesto PAI en su forma inactiva, que fue captado por el cerebro del pez cebra, y cuando lo excitamos con los destellos de tres fotones, todo el cerebro se ilumin\u00f3. Usando nuestro equipo, pudimos ver claramente la activaci\u00f3n de PAI en forma de cambios en la actividad cerebral\u00bb<\/strong>, destaca Rosalba Sortino, primera autora del estudio y reci\u00e9n doctorada en el grupo de Gorostiza en el IBEC.<\/p>\n\n\n\n

Para su trabajo futuro, los investigadores planean aplicar estimulaciones a\u00fan m\u00e1s cortas y focalizadas para estudiar estas respuestas end\u00f3genas en detalle.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Activaci\u00f3n cerebral en larvas de pez cebra con PAI despu\u00e9s de la estimulaci\u00f3n lum\u00ednica.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\n\n\n\n

Art\u00edculo referenciado:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Rosalba Sortino, Marina Cunquero, Gustavo Castro-Olvera, Ricard Gelabert, Miquel Moreno, Fabio Riefolo, Carlo Matera, No\u00e8lia Fern\u00e0ndez-Castillo, Luca Agnetta, Michael Decker, Jos\u00e9 Maria Lluch, Jordi Hernando, Pablo Loza-Alvarez and Pau Gorostiza. Three-Photon Infrared Stimulation of Endogenous Neuroreceptors in Vivo<\/strong><\/a>. Angewandte Chemie International Edition<\/em> (2023). DOI: 10.1002\/anie.202311181<\/p>\n\n\n\n

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