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Lograr que personas que sufren parálisis o amputación en las extremidades puedan volver a moverse con precisión está hoy más cerca gracias a un nuevo avance de la optogenética, una técnica revolucionaria que combina las ciencias ópticas y genómicas.

"La optogenética consiste en editar genéticamente las células neuronales para que expresen proteínas sensibles a la luz, lo que permite controlar la actividad de esas células al exponerlas a la luz", explica el investigador mexicano Guillermo Herrera-Arcos a Efe.

Herrera-Arcos es investigador de biomecatrónica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la universidad donde se inventó esta técnica hace una década, y de donde sale este nuevo avance que recoge la revista Science Robotics.

El propio coautor de este estudio, el prestigioso investigador de biónica del MIT, Hugh Herr, sufrió la amputación de las piernas a los 17 años por un accidente mientras escalaba.

Supera barreras

Hasta ahora, la estimulación eléctrica y las neuroprótesis tienen en su haber enormes progresos para que las personas amputadas o con parálisis recuperen la movilidad.

Entre otros, esta misma semana se ha conocido que 43 tetraplégicos volvían a mover las manos, y, hace unos meses, se vio cómo un enfermo de Parkinson desde hace 25 años volvía a caminar gracias a esa técnica.

"El problema de la electro estimulación de las neuronas para controlar los músculos del cuerpo es que tiende a activar todo el músculo a la vez, y al requerir demasiado esfuerzo el control muscular se acaba perdiendo, por agotamiento, entre 5 y 10 minutos después de haber iniciado el movimiento", apunta Herrera-Arcos.

Para superar esa dificultad, los investigadores del MIT sustituyeron los electrodos por tecnologías moleculares ópticas con el fin de controlar los músculos mediante optogenética.

Para ello, recurrieron a ratones modificados genéticamente con una proteína sensible a la luz (canalrodopsina-2) y les implantaron una pequeña fuente de luz cerca del nervio principal de la tibia, que controla los músculos de la parte inferior de la pierna.

El resultado fue que a medida que aumentaba la pulsión luminosa se incrementaba también la fuerza del músculo.

A diferencia de la estimulación eléctrica, que activa todo el músculo a la vez, el control optogenético produce un aumento constante y gradual de la contracción del músculo.

"A medida que cambiamos la estimulación óptica que suministramos al nervio, podemos controlar proporcionalmente, de forma casi lineal, la fuerza del músculo. El proceso es similar a la manera en la que nuestro cerebro mueve los músculos, de ahí que el control sea mayor que con la estimulación eléctrica", agrega.

Partiendo de sus experimentos, los investigadores crearon un modelo matemático de control muscular optogenético que ajusta la estimulación luminosa del músculo para alcanzar la fuerza deseada.

Gracias a él, han conseguido estimular los músculos durante más de una hora sin cansarlos, algo que la electroestimulación eléctrica solo ha conseguido durante 15 minutos.

Aplicación a las personas

Consultado por cómo se aplicaría este hallazgo en personas en un futuro, Herrera-Arcos cuenta que "el paciente recibiría una inyección con una terapia genética, en la que iría el gen responsable de que las células respondan a la luz, y tendría implantado en la zona a mover un chip estimulable a través de pulsos de luz".

La idea, agrega, es que mediante un celular, reloj inteligente o similar, una persona pueda activar, mediante pulsos de luz, el nervio que conecta con el músculo que quiere ejercitar y lo pueda mover con gran precisión.

El reto ahora es "introducir proteínas fotosensibles en el tejido humano de forma segura", subraya el investigador, ya que hace años vieron, en experimentos con ratas, que estas proteínas sensibles a la luz pueden desencadenar una respuesta inmunitaria que las inactiva e incluso puede conllevar un daño muscular y celular.

"Nuestro objetivo es diseñar nuevas proteínas sensibles a la luz y estrategias para entrenarlas sin que desencadenen una respuesta inmunitaria indeseada", concluye.

Los científicos están convencidos de que sus hallazgos beneficiarán en el futuro a quienes han sufrido accidentes cerebrovasculares, amputación de extremidades y lesiones medulares, así como a quienes tienen mermada la capacidad de controlar las extremidades.

17 años tenía el coautor del estudio cuando sufrió la amputación de sus piernas.

1 año y medio fue el tiempo en que estuvieron criopreservados los organoides y mantuvieron su apariencia.

Un equipo de investigadores chinos logró revivir tejidos cerebrales humanos que habían permanecido congelados durante 18 meses, un avance prometedor en el campo de la criogenia.

Los científicos, de la Universidad de Fudan (Shanghái), plasmaron sus hallazgos en un estudio publicado en Cell Reports, donde explican su desarrollo de un método innovador de criopreservación, llamado MEDY, que mantiene la integridad estructural y la funcionalidad de las células neuronales.

Durante el experimento, los investigadores cultivaron organoides cerebrales a partir de células madre embrionarias humanas. Estos conglomerados celulares, capaces de desarrollarse y convertirse en diversos tipos de células cerebrales, fueron sometidos a un proceso de congelación y posterior descongelación.

Los resultados mostraron que los organoides cerebrales tratados con MEDY mantenían su apariencia, crecimiento y funcionalidad comparables a los organoides que no habían sido congelados, incluso después de permanecer criopreservados durante un año y medio.

Este avance podría impulsar la investigación de trastornos neurológicos y abrir nuevas posibilidades para la tecnología de criopreservación humana.

El profesor Joao Pedro Magalhaes, citado por el rotativo local Global Times, calificó la capacidad de la tecnología para prevenir la muerte celular y preservar la funcionalidad neuronal como un "milagro".

Sobre el estudio de sus pares chinos, Magalhaes planteó la hipótesis de un futuro en el que pacientes terminales podrían ser criopreservados en espera de curas futuras y en el que astronautas podrían aprovechar esta tecnología para realizar largos viajes interestelares.

La noticia fue recogida con interés en las redes sociales del país asiático, donde los internautas compararon estas investigaciones con tecnologías de ciencia ficción plasmadas en éxitos literarios chinos como 'El problema de los tres cuerpos', del autor Liu Cixin.

Aficionados al género, muy popular en China, llegaron a expresar en las redes sociales su voluntad de participar en estudios clínicos al respecto.

A nivel mundial, se ha establecido la crucial función de los polinizadores, especialmente las abejas, en la agricultura y la seguridad alimentaria. De hecho, el 75% de las frutas y verduras del planeta dependen de la polinización efectuada por estos insectos. Sin embargo, es necesario ir más allá del reconocimiento general y comenzar a abordar los impactos específicos que la disminución de las abejas tendría en cada región. En el caso de Chile, por ejemplo, cultivos de gran importancia económica como las cerezas, arándanos, ciruelas y nectarines, dependen de la polinización, la que se realiza por medio de colmenas.

Si bien la abeja melífera (Apis mellifera) es más reconocida por su papel en la agricultura, en Chile existen cerca de 400 especies de abejas nativas. Que, a diferencia de las abejas melíferas que viven en colonias, son especies solitarias y anidan en el suelo. A pesar de su naturaleza discreta, las abejas nativas contribuyen de manera significativa a la polinización de nuestros cultivos, especialmente en ecosistemas nativos y cultivos menos intensivos. Sin embargo, la fragmentación del hábitat, producto de la expansión urbana, la agricultura intensiva y otras actividades humanas, amenaza la supervivencia de este grupo de abejas. La reducción de recursos disponibles para las abejas nativas no es la única consecuencia de la degradación de hábitat, también altera las interacciones entre ellas y con las flores que polinizan. Esto, a su vez, impacta la conservación de bosques nativos, generando un ciclo de deterioro ambiental.

Resulta fundamental tomar medidas urgentes para proteger a las abejas, tanto melíferas como nativas. Un manejo adecuado de los paisajes agrícolas no solo mitiga la pérdida de biodiversidad de abejas nativas, sino también aumenta significativamente el número de polinizadores en nuestros cultivos. Esto evita la homogenización de especies en los ecosistemas, fortalece la seguridad alimentaria a mediano y largo plazo e impulsa el rendimiento agrícola. Para lograr esto, es fundamental contar con datos actualizados, abiertos y de libre acceso para la comunidad científica y agrícola. Esta información permitirá crear planes de conservación y restauración efectivos y así proteger a estas especies claves.

Comprender cómo el cambio climático, la fragmentación del hábitat y otras actividades humanas podrían afectar a las poblaciones de abejas en Chile es fundamental para crear un marco de referencia que permita desarrollar estrategias ante posibles pérdidas de este invaluable servicio ecosistémico.

En los últimos años, se ha venido implementando una serie de herramientas tecnológicas para el manejo de colmenas, lo que podría jugar un papel crucial en el fomento del crecimiento de poblaciones locales de abejas nativas. Especies de abejas que poseen un potencial significativo como polinizadores. Disponer las colmenas de abejas melíferas mediante el uso de Inteligencia Artificial en los huertos permite identificar lugares idóneos, es decir, donde haya déficit de polinización y calcular la cantidad de recursos disponibles tanto para abejas nativas como manejadas.

Se requiere un enfoque holístico y colaborativo que involucre a diversos actores, desde pequeños y grandes agricultores, científicos hasta tomadores de decisiones, como responsables políticos y consumidores. Solo a través de un esfuerzo coordinados podremos proteger y fomentar la viabilidad de nuestras abejas y, por consecuencia, la de nuestra seguridad alimentaria.

Laura Pérez, doctora en ecología y postdoctorante de Data Observatory