Magnetogenética

La magnetogenética es una técnica de investigación médica mediante la cual se utilizan campos magnéticos para afectar la función celular. ^{[ 1 ]}

El desarrollo de tecnologías genéticas capaces de modular los procesos celulares ha contribuido enormemente a la investigación biológica. Un ejemplo representativo es el desarrollo de la optogenética , un conjunto de herramientas de neuromodulación que utiliza proteínas fotosensibles como las opsinas. Este avance sentó las bases para un descubrimiento crucial que permitió establecer la relación causal entre la actividad neuronal y el comportamiento.

La principal ventaja de las herramientas genéticas utilizadas en la neuromodulación radica en su capacidad para modular con precisión espacial, temporal o ambas, el sistema nervioso cerebral. Hasta la fecha, se han adaptado diversas tecnologías a la genética (por ejemplo, optogenética , quimiogenética , etc.), cada una con sus ventajas y limitaciones. Por ejemplo, la optogenética ofrece la ventaja de permitir la manipulación precisa de las neuronas tanto en el tiempo como en el espacio. Sin embargo, implica la estimulación lumínica, que no penetra eficazmente en los tejidos y requiere dispositivos ópticos implantados, lo que limita su aplicación en estudios con animales vivos in vivo.

Las técnicas que se basan en el control magnético de los procesos celulares son relativamente nuevas. Esta técnica puede proporcionar un enfoque que no requiere la implantación de electrodos invasivos ni dispositivos ópticos. Este método permitirá la penetración en la región más profunda del cerebro y puede tener una menor latencia de respuesta. ^{[ 2 ]} En 1980, Young y sus colegas demostraron que los campos magnéticos con magnitudes en el rango de militeslas pueden penetrar en el cerebro sin atenuación de la señal ni efectos secundarios debido a la insignificante susceptibilidad magnética y la baja conductividad del tejido biológico. ^{[ 3 ]} Los primeros intentos de manipular la señalización eléctrica dentro del cerebro utilizando campos magnéticos fueron realizados por Baker et al., quienes posteriormente desarrollaron dispositivos para la estimulación magnética transcraneal (EMT) en 1985.

Para aplicar la magnetogenética en la investigación biológica y neurocientífica, se propuso fusionar los receptores de la clase TRPV con una proteína paramagnética (típicamente ferritina ). Estas proteínas paramagnéticas, que generalmente contienen hierro o cofactores que lo contienen, se estimulan magnéticamente. Aún no se comprende completamente cómo esta técnica modula la actividad neuronal, pero se cree que los canales iónicos se activan y abren mediante la fuerza mecánica ejercida por las proteínas paramagnéticas o mediante su calentamiento por estimulación magnética. Sin embargo, la disponibilidad de dichas proteínas paramagnéticas como transductores de campos magnéticos a estímulos mecánicos o térmicos es un tema controvertido.

Por otro lado, se han sugerido nanopartículas como posibles candidatas que pueden funcionar como transductor de campo magnético a señal de estímulo. Basándose en este concepto, se está desarrollando la próxima generación de técnica magnetogenética. En 2010, Arnd Pralle y colegas mostraron la primera estimulación magnetotérmica in vivo del canal iónico sensible al calor TRPV1 que emplea nanopartículas magnéticas como transductor en C. elegans . ^{[ 4 ]} En 2012, Seung Chan Kim mostró el cambio del perfil de expresión genética del genoma humano total de aproximadamente 30 000 genes utilizando campos magnéticos estáticos de 0,2 T. ^{[ 5 ]} En 2015, el grupo de investigación de Polina Anikeeva demostró que un concepto similar puede mejorar las señales neuronales en el cerebro de mamíferos. ^{[ 6 ]} En 2021, el grupo de investigación de Jinwoo Cheon ha desarrollado con éxito la genética magnetomecánica que utiliza la fuerza mecánica derivada de la estimulación magnética en mamíferos. ^{[ 7 ]} En este estudio, se empleó el par magnético mediante un campo magnético rotatorio para activar el canal catiónico mecanosensible Piezo1 . Los resultados de este estudio muestran que la manipulación remota in vivo del comportamiento de ratones se puede realizar utilizando magnetogenética. El grupo de Cheon desarrolló además un sistema magnetogenético que permite la modulación específica del tipo celular de los circuitos neuronales profundos del cerebro. ^{[ 8 ]} Esto se logró combinando los canales iónicos Piezo1 y la tecnología Cre-loxP, lo que permite un control preciso, reversible e inalámbrico de la actividad neuronal en animales en libre movimiento. El estudio demostró un potencial significativo para la investigación en neurociencia al demostrar varias aplicaciones, como la modulación del comportamiento alimentario, el control de la obesidad a largo plazo y los estudios de interacción social. Se prevé que este sistema basado en par desarrollado por Cheon sea valioso no solo para la investigación en neurociencia, sino también para diversas aplicaciones in vivo en tejidos profundos y terapias.

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