¿Qué es la optogenética, el “interruptor de luz” del cerebro que llevó a tres científicos al Nobel de Medicina?

Como un “interruptor de luz”. Así suele describirse la optogenética, el método reconocido con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2026, concedido a Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel por sus descubrimientos sobre los canales iónicos activados por la luz y el desarrollo de esta técnica.

Todo comienza con una proteína llamada canalrodopsina, identificada en un alga unicelular capaz de desplazarse en respuesta a la luz y que acabó convirtiéndose en uno de los “interruptores” más importantes de la neurociencia.

La canalrodopsina se encuentra en la membrana celular y funciona como un canal iónico activado por la luz. Cuando recibe luz azul, el canal se abre y permite el paso de iones a través de la membrana, provocando un cambio eléctrico en la célula. Hegemann y Nagel demostraron además que esta propiedad podía trasladarse a otras células al introducir en ellas el gen que codifica esta proteína.

Ese descubrimiento abrió una posibilidad extraordinaria: conseguir que una célula nerviosa respondiera directamente a la luz.

Karl Deisseroth y sus colaboradores dieron el siguiente paso. Introdujeron el gen de la canalrodopsina en neuronas y demostraron que podían activarlas mediante pulsos de luz azul. Posteriormente, esta estrategia permitió controlar poblaciones específicas de neuronas en el cerebro de animales vivos y estudiar su participación en determinados comportamientos y funciones.

Con el tiempo se incorporaron otras proteínas sensibles a la luz capaces de activar o inhibir la actividad neuronal. De esta manera, los investigadores pueden utilizar diferentes herramientas optogenéticas para controlar determinados tipos de neuronas con gran precisión.

La técnica ha permitido estudiar circuitos relacionados con la memoria, el miedo, la recompensa, la adicción, el movimiento y otras conductas. En experimentos con animales, los científicos incluso han podido activar o inhibir circuitos asociados con determinados recuerdos y observar cómo cambia su evocación o la conducta relacionada con ellos.

¿Cómo funciona la optogenética?

El procedimiento combina genética y óptica. Primero, se introduce en determinadas células un gen que codifica una proteína sensible a la luz. En las neuronas, estas proteínas pueden funcionar como canales o bombas que modifican la actividad eléctrica de la célula cuando reciben luz de una determinada longitud de onda.

Después se seleccionan las células que se quieren estudiar. Mediante herramientas genéticas es posible conseguir que las proteínas fotosensibles se expresen en determinados tipos de neuronas o circuitos y no de manera indiscriminada en todo el cerebro.

Finalmente, se utiliza luz para controlar su actividad. Dependiendo de la proteína empleada, los investigadores pueden activar o inhibir las neuronas seleccionadas.

El resultado es una herramienta que permite establecer relaciones causales entre la actividad de determinados circuitos neuronales y una función o comportamiento.

Antes de la optogenética ya existían diferentes métodos para estudiar y estimular el cerebro, pero muchos actuaban sobre conjuntos relativamente amplios de células. Esto dificultaba determinar qué ocurría al activar un tipo concreto de neuronas sin afectar a otras cercanas.

Con la optogenética, la actividad neuronal puede controlarse en poblaciones celulares muy específicas y en escalas temporales de milisegundos, comparables con las que utilizan las propias neuronas para comunicarse.

Por eso, la técnica ha cambiado la manera de investigar los circuitos cerebrales y se ha convertido en una herramienta fundamental de la neurociencia.

Una de sus principales aportaciones es permitir estudiar cómo determinados circuitos contribuyen a una función, lo que ha abierto nuevas vías de investigación sobre enfermedades como la epilepsia y el Parkinson, así como sobre diversos trastornos psiquiátricos. Sin embargo, la mayor parte de estas aplicaciones continúa en el terreno experimental.

De estudiar el cerebro a intentar recuperar la visión

Una de las aplicaciones clínicas más avanzadas de la optogenética se encuentra fuera del cerebro: en la retina. La técnica se investiga como una posible vía para recuperar parcialmente la función visual en personas que han perdido la visión por enfermedades como la retinitis pigmentosa.

Esta enfermedad provoca la degeneración progresiva de los fotorreceptores de la retina, principalmente los bastones y conos, responsables de detectar la luz.

En un estudio publicado en 2021 en Nature Medicine, investigadores utilizaron terapia génica para introducir una proteína sensible a la luz en células ganglionares de la retina de un paciente con retinitis pigmentosa avanzada.

El tratamiento se combinó con unas gafas especiales equipadas con una cámara, capaces de procesar las imágenes del entorno y proyectar pulsos luminosos sobre la retina para estimular las células modificadas.

Con este sistema, el paciente consiguió recuperar parcialmente determinadas capacidades visuales: pudo percibir, localizar, contar y tocar algunos objetos. El resultado constituyó una prueba de concepto del potencial terapéutico de la optogenética, aunque todavía no se trata de una terapia de uso generalizado para recuperar la visión.