Marcapasos genético alimentado por luz 16.07.2015

Aunque los marcapasos salvan muchas vidas -según las estadísticas, más de 3 millones de personas en todo el mundo llevan este tipo de dispositivos-, su uso está asociado a ciertos inconvenientes. Un marcapasos, o un marcapasos artificial, ayuda a restablecer la frecuencia y la periodicidad normales de las contracciones del corazón; de lo contrario, los trastornos del ritmo pueden tener consecuencias bastante graves para todo el organismo, hasta la muerte. Pero para que el marcapasos funcione, sus electrodos deben implantarse en el corazón, los cables de ellos deben conectarse a un generador de pulso, que se implanta debajo de la piel.

Con el tiempo, los marcapasos se hicieron más pequeños y fue posible insertar electrodos con cables en el corazón usando un catéter simplemente a través de las venas. Sin embargo, por muy pequeño que sea el estimulador y por muy finos que sean sus cables, sigue siendo necesario cambiar las pilas, lo que supone una operación inevitable, aunque pequeña. Además, los cables con electrodos que llegan al corazón pueden desgastarse y es necesario cambiarlos de vez en cuando. Por otro lado, debido a la necesidad de tirar de los cables, no podemos colocar el estimulador en cualquier lugar que queramos, y no podemos usar muchos puntos para la estimulación. Al corazón mismo no siempre le "gusta" ser estimulado por un dispositivo externo. Finalmente, si estamos hablando de niños, entonces no siempre es posible que se les ponga un marcapasos artificial.

Udi Nussinovitch y Lior Gepstein del Technion Israel Institute of Technology han ideado una especie de modelo de marcapasos que no tiene cables, ni electrodos, ni baterías, y que literalmente funciona a la luz. De hecho, no hay ningún estimulante en forma de dispositivo externo: los investigadores introdujeron una modificación optogenética en las células del corazón, lo que hizo posible controlar las contracciones del corazón. El significado general de los métodos optogenéticos es que se introduce un gen de proteína fotosensible en la célula; dicha proteína, una vez integrada en la membrana celular, abre canales iónicos en la membrana en respuesta a un pulso de luz. Y como sabemos, es la redistribución de iones en ambos lados de la membrana lo que crea un impulso electroquímico. La optogenética ha encontrado el uso más amplio en neurobiología: al introducir una proteína sensible a la luz en una neurona, podemos arbitrariamente, usando señales de luz, generar una señal en una cadena de neuronas.

Pero después de todo, el ritmo cardíaco también depende de los impulsos electroquímicos (recuerde que, aunque hay fibras del sistema nervioso autónomo en el corazón, algunas células miocárdicas especiales pueden generar señales rítmicas por sí mismas, formando el llamado sistema de conducción del corazón) . Y nada impide la introducción de un mecanismo optogenético en el corazón.

Los investigadores hicieron exactamente eso: con la ayuda de un virus especial "domesticado", introdujeron la proteína ChR2 (canalrodopsina-2) sensible a la luz de las algas, que reacciona a la luz azul, en los ventrículos de los corazones de las ratas. (Las algas verdes unicelulares, como Chlamydomonas, usan esta proteína para encontrar lugares más brillantes). Los autores escriben que podían sintonizar el ritmo cardíaco de los animales con destellos azules. El virus le permite entregar proteínas a varias partes del músculo cardíaco, para que pueda controlar el corazón con mayor eficiencia, porque muchas células de diferentes lugares responden a una señal externa a la vez.

Para "encender" la optoproteína, no se necesitan electrodos: la luz azul del exterior, aunque penetra bastante mal en los tejidos vivos, aún puede llegar al corazón. Pero, solo si estamos hablando de una rata. En un animal más o menos grande, sin mencionar a una persona, el corazón se encuentra más profundo, por lo que aquí debe pensar cuánto tiempo puede alcanzarlo una onda de luz y, en consecuencia, qué proteína sensible a la luz se necesitará. Las regiones roja e infrarroja del espectro podrían ser adecuadas aquí, y si se trata de experimentos con primates, estas son las longitudes de onda que se utilizarán.

Sin embargo, vale la pena señalar que existen otros enfoques para la creación de un marcapasos inalámbrico. Hace aproximadamente un año, escribimos sobre el desarrollo de los empleados de la Universidad de Stanford que propusieron apoyar el trabajo del marcapasos utilizando un generador de ondas electromagnéticas ubicado justo en la superficie del cuerpo. Otra idea pertenece a investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign: pudieron hacer que el marcapasos funcionara desde el propio músculo cardíaco, debido a la energía de sus contracciones. Pero, por supuesto, el enfoque optogenético parece el más radical: no hay necesidad de implantar ningún dispositivo en el corazón.