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Edward Boyden

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Edward S. Boyden (nacido el 18 de agosto de 1979) es un neurocientífico y emprendedor estadounidense del MIT . Es profesor Y. Eva Tan de Neurotecnología y miembro titular del Instituto McGovern para la Investigación Cerebral . [ 1 ] Es reconocido por su trabajo en optogenética y microscopía de expansión . Boyden se unió al profesorado del MIT en 2007 y continúa desarrollando nuevas herramientas optogenéticas, así como otras tecnologías para la manipulación y el análisis de la estructura y la actividad cerebral. [ 2 ] Recibió el Premio Breakthrough 2015 en Ciencias de la Vida . [ 3 ]

Primeros años y educación

Boyden nació en Plano, Texas . Su madre, Nit Boyden, tiene una maestría en bioquímica y realizó investigaciones sobre la nicotina , y posteriormente se quedó en casa para cuidar de Boyden y su hermana. Su padre, Ed Boyden Jr., trabajaba en consultoría de gestión . [ 4 ] En su infancia, Boyden quería comprender a la humanidad, prefiriendo inicialmente las matemáticas a las ciencias. Con el tiempo, se interesó por cómo nuestras mentes son capaces de comprender las matemáticas. Siendo adolescente, sus reflexiones dieron como resultado lo que ahora llama el "bucle de comprensión": "Las matemáticas son la forma en que comprendemos las cosas a un nivel profundo, nuestras mentes hacen matemáticas, el cerebro da origen a nuestras mentes, la biología gobierna nuestros cerebros, la química implementa la biología, los principios de la física rigen la química y la física se basa en las matemáticas. Es un bucle de matemáticas a matemáticas, con todo el conocimiento intermedio". [ 5 ]

Boyden ganó una feria de ciencias estatal en Texas a los 12 años con un proyecto de geometría. [ 5 ] A los 14, Boyden comenzó a asistir a la Academia de Matemáticas y Ciencias de Texas en la Universidad del Norte de Texas, donde estudió química y matemáticas junto con sus cursos de bachillerato. Allí, trabajó en el laboratorio de Paul Braterman examinando los orígenes de la química de la vida. [ 6 ]

Boyden comenzó sus estudios en el MIT en 1995 a la edad de 16 años, saltándose dos cursos. [ 5 ] En 1999 completó una licenciatura en física e ingeniería eléctrica e informática, así como una maestría en ingeniería eléctrica e informática, escribiendo su tesis sobre computación cuántica bajo la supervisión de Neil Gershenfeld , profesor del MIT Media Lab . [ 6 ] [ 7 ]

En 1999, Boyden comenzó un doctorado en neurociencia en la Universidad de Stanford bajo la dirección de Jennifer Raymond y Richard W. Tsien . Lo completó en 2005. [ 6 ]

Carrera

Tras obtener su doctorado, Boyden trabajó durante un año como becario postdoctoral Helen Hay Whitney en los departamentos de bioingeniería, física aplicada y biología de la Universidad de Stanford. Allí, colaboró ​​con Mark Schnitzer y Karl Deisseroth en la invención de métodos ópticos para la investigación en neurociencia. [ 6 ] En 2006, se trasladó al MIT para trabajar como científico visitante en el MIT Media Lab , donde dirigió el Grupo de Neuroingeniería y Neuromedia. [ 6 ]

En 2007, Boyden fundó el Grupo de Neurobiología Sintética en el MIT y también comenzó a trabajar como profesor asistente en el MIT Media Lab y el Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. Al año siguiente, se convirtió en profesor asistente en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT. [ 6 ]

Boyden se convirtió en investigador del Instituto McGovern del MIT en 2010. [ 6 ] En 2013, fundó el Centro de Ingeniería Neurobiológica del MIT, que ahora codirige junto con Alan Jasanoff . [ 8 ] En 2015, [ 9 ] se convirtió en miembro fundador de la facultad de la Iniciativa del Cerebro Envejecido en el Instituto Picower del MIT , con el director Li-Huei Tsai , Emery N. Brown y otros. [ 10 ]

Se convirtió en miembro externo del Instituto Koch del MIT para la Investigación Integrativa del Cáncer en 2017 antes de ser nombrado Profesor Y. Eva Tan de Neurotecnología en el MIT un año después. [ 6 ] Siete años después de llegar al MIT, Boyden obtuvo la titularidad como profesor de tiempo completo. [ 11 ]

En 2020, Boyden se convirtió en investigador del Instituto Médico Howard Hughes . Al año siguiente, comenzó a codirigir el Centro K. Lisa Yang para la Biónica en el MIT. [ 6 ]

Investigación

La investigación de Boyden abarca la optogenética , la microscopía de expansión , la estimulación cerebral profunda , la obtención de imágenes multiplexadas , el aprendizaje automático y más. Es autor o coautor de más de 275 artículos científicos, con un índice h de 124. [ 12 ]

Optogenética

En optogenética, un canal iónico o bomba sensible a la luz, como la canalrodopsina-2, se expresa genéticamente en las neuronas, lo que permite controlar la actividad neuronal mediante la luz. Ya en 2002 se realizaron esfuerzos iniciales para lograr un control óptico dirigido que no implicaban un canal iónico activado directamente por la luz, [ 13 ] pero fue el método basado en canales activados directamente por la luz provenientes de microorganismos, como la canalrodopsina, que surgió en 2005, el que demostró ser de gran utilidad. La optogenética, en este sentido, ha sido ampliamente adoptada por los neurocientíficos como herramienta de investigación, y también se cree que tiene potenciales aplicaciones terapéuticas. [ 14 ]

En 2007, Boyden informó que la manipulación de la bomba de cloruro de halorrodopsina (Halo), activada por luz y optimizada para codones, de Natronomas pharaonis, permitía el silenciamiento optogenético con luz amarilla. [ 15 ] Posteriormente, en 2010, informó que la arqueorrodopsina-3 (Arch), de Halorubrum sodomense, facilitaba el silenciamiento casi completo de neuronas mediante luz amarilla. Arch también es capaz de recuperarse espontáneamente de la inactivación, a diferencia de Halo, que permanece en estados inactivos prolongados. Su alto rendimiento permitió numerosas investigaciones neurocientíficas nuevas mediante ingeniería cerebral. [ 16 ]

En 2014, Boyden informó sobre cómo la canalrodopsina Chronos podía responder con extrema rapidez a la luz, y cómo la canalrodopsina Chrimson respondía a la luz roja. La cinética de Chronos es más rápida que la de las canalrodopsinas anteriores, pero es más sensible a la luz. Este descubrimiento permitió la activación de neuronas con dos colores sin interferencia significativa. [ 17 ] Esto condujo a la primera aplicación de optogenética en humanos en 2021, donde a un paciente ciego se le inyectó un vector viral adenoasociado que codificaba ChrimsonR junto con estimulación lumínica mediante gafas. El paciente percibió, localizó, contó y tocó objetos con éxito utilizando el ojo tratado con el vector y las gafas. Este caso reporta la mayor recuperación funcional parcial hasta la fecha para este tipo de ceguera. [ 18 ]

La cruxhalorrodopsina (Mandíbulas) de Haloarcula salinarum fue modificada genéticamente para inducir inhibición en respuesta a la luz roja en 2014. [ 19 ] En 2017, Boyden diseñó una opsina dirigida al soma de alta eficacia mediante la combinación de los 150 residuos N-terminales de la subunidad 2 del receptor de kainato (KA2) con la canalrodopsina CoChR de alta fotocorriente. Esto restringe su expresión a los somas neuronales, respondiendo a la estimulación holográfica con precisión temporal. [ 20 ]

Microscopía de expansión

La microscopía de expansión (ExM) se desarrolló como una alternativa al microscopio óptico , que tiene una resolución limitada. En 2015, Boyden logró expandir una muestra sintetizando una red de polímero hinchable en su interior. Al unir una etiqueta específica a la red, su hinchamiento permite la separación isotrópica y la resolución óptica . [ 21 ] Esto permite la microscopía de superresolución utilizando microscopios limitados por difracción. [ 22 ] La ExM se ha optimizado para proteínas , [ 23 ] ácidos nucleicos , [ 24 ] tejidos clínicos, [ 25 ] deshumidificación, [ 26 ] secuenciación in situ , [ 27 ] y ha desarrollado un factor de expansión mayor. [ 28 ] En 2018, Boyden desarrolló un método para encoger materiales impresos en 3D para lograr tamaños de características a nanoescala . Mediante el uso de andamios de hidrogel , la fabricación por implosión (ImpFab) crea nanoestructuras de plata 3D conductoras con geometrías complejas y resoluciones de decenas de nanómetros. [ 29 ]

estimulación cerebral profunda

En 2017, Boyden describió un método no invasivo de estimulación eléctrica profunda de neuronas. Al aplicar campos eléctricos a frecuencias superiores a las que permiten la activación neuronal, pero dentro de su rango dinámico , se pueden modular las neuronas dentro de una región envuelta por el campo eléctrico. Esta interferencia temporal (IT) alteró con éxito los patrones motores en ratones vivos. [ 30 ] La IT se validó en humanos en 2023, donde moduló la actividad del hipocampo y aumentó la precisión de la memoria episódica en sujetos sanos. [ 31 ]

Imágenes multiplexadas

La imagen multiplexada es la medición simultánea de la dinámica de muchas señales dentro de una red de transducción de señales . En 2020, Boyden fusionó un reportero fluorescente a un par de péptidos autoensamblables para crear islas reporteras de señalización (SiRIs), que pueden diseñarse modularmente. Por lo tanto, las SiRIs pueden adaptarse para la medición simultánea de múltiples señales en una red dentro de células individuales lo suficientemente distantes como para ser resueltas bajo un microscopio pero lo suficientemente cerca como para muestrear espacialmente la biología (multiplexación espacial). [ 32 ] La imagen multiplexada temporal (TMI), reportada en 2023, utiliza proteínas fluorescentes codificadas genéticamente con propiedades temporales para representar diferentes señales. Esto se utiliza para examinar las relaciones entre las actividades de quinasas dentro de células individuales además de las actividades del ciclo celular . [ 33 ] En 2018, Boyden reportó un nuevo método de ingeniería de proteínas complejas hacia la especificación multidimensional a través de la selección robótica de células identificadas que expresan proteínas que exhiben simultáneamente varias propiedades. Esto permite el cribado de cientos de miles de proteínas en unas pocas horas mientras se evalúa cada una para múltiples propiedades de rendimiento. [ 34 ] El robot se aplicó para desarrollar un indicador de voltaje fluorescente, Archon. La obtención de imágenes de voltaje, utilizando Archon así como indicadores hechos por otros grupos, se aplicó en áreas del cerebro del ratón en 2019 [ 35 ] y posteriormente en todo el cerebro de larvas de pez cebra en 2023. [ 36 ]

Emprendimiento

Boyden cuenta con casi 200 invenciones patentadas, entre las que se incluyen una grapadora quirúrgica dirigible, métodos y aparatos para neuromodulación, microscopía de expansión y bombas de protones activadas por luz. [ 37 ]

Boyden es cofundador de Elemind , [ 38 ] una empresa de neurotecnología que mejora el sueño, la atención y la experiencia humana. [ 39 ] Elemind lanzó su diadema neurotecnológica que emplea ondas cerebrales para tratar trastornos del sueño, dolor crónico y temblores el 4 de junio de 2024. [ 40 ]

Junto con su colega, el profesor del MIT Li-Huei Tsai , cofundó [ 41 ] la empresa derivada del MIT , Cognito Therapeutics, [ 42 ] en 2016, [ 43 ] que desarrolla dispositivos terapéuticos sin fármacos diseñados para mejorar la vida de los pacientes que viven con enfermedades neurodegenerativas , como el Alzheimer , [ 44 ] empleando los hallazgos de la estimulación sensorial gamma no invasiva para ralentizar su progresión. [ 45 ] Su dispositivo de neuroestimulación no invasiva Spectris recibió la designación de Dispositivo Innovador de la FDA en 2021. [ 46 ]

Boyden cofundó Expansion Technologies, con el objetivo de permitir la detección temprana de enfermedades mediante su novedoso método de imágenes de superresolución que expande físicamente las muestras, [ 47 ] así como Synlife, que innova plataformas terapéuticas a través de la ingeniería ascendente de células sintéticas con un enfoque en la encapsulación de vías enzimáticas . [ 48 ]

Boyden es el asesor científico de E11 Bio , un proyecto sin fines de lucro centrado en el desarrollo de neurotecnología con énfasis en el mapeo de circuitos cerebrales. [ 49 ]

Es el jefe del consejo asesor de Inner Cosmos, cuya misión es curar la depresión con su Píldora Digital, un implante del tamaño de una moneda de un centavo que reequilibra las redes cerebrales con microestimulaciones . [ 50 ]

Véase también

Vida personal

En Stanford, Boyden conoció a su esposa Xue Han, ahora neurocientífica en la Universidad de Boston . Tienen dos hijos juntos. [ 5 ]

Honores y premios

Referencias

  1. ↑ "Ed Boyden" . Instituto McGovern del MIT . Consultado el 9 de mayo de 2024 .
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  • Página web personal de Ed Boyden
  • Página web del laboratorio Boyden
  • Página del laboratorio Boyden en el Instituto McGovern del MIT.
  • Instituto McGovern para la Investigación Cerebral
  • Ed Boyden: Un interruptor de luz para las neuronas en TED
  • SPIE TV: Ed Boyden: Microscopía de expansión: una nueva herramienta en la investigación cerebral.
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