Nieves Sebastián Mongares
Entre el 14 y el 17 de octubre se celebra la Semana Cajal, una iniciativa de la Real Academia Nacional de Medicina de España (Ranme) cuyo objetivo es homenajear al Dr. Santiago Ramón y Cajal (Premio Nobel de Medicina en 1906). Para ello, se han diseñado una serie de actividades divulgativas y conferencias. Una de ellas, en concreto, la que sirve de inauguración este martes, correrá a cargo del profesor Takafumi Minamimoto, director adjunto del Centro de Neuroimagen Avanzada del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Cuánticas (Chiba, Japón). En esta, hablará de sus investigaciones en la aplicación de tecnologías quimiogenéticas a primates no humanos para investigar la función de circuitos neuronales específicos. En este contexto y cómo explica en esta entrevista, sus principales intereses de investigación incluyen los mecanismos neuronales de la motivación, la emoción y la toma de decisiones.
¿Qué hallazgos clave destacaría sobre la aplicación de las tecnologías quimiogenéticas en primates no humanos para investigar la función de los circuitos neuronales?
Al aplicar herramientas quimiogenéticas a la corteza prefrontal —una región altamente desarrollada en los primates— visualizamos dos circuitos neuronales distintos que parten de ella y examinamos sus funciones específicas. Descubrimos que la inhibición de cada circuito afectaba a diferentes funciones cognitivas, lo que demuestra que la memoria de trabajo y la toma de decisiones están controladas por redes separadas en el cerebro de los primates.
¿Cómo podrían utilizarse las tecnologías quimiogenéticas para manipular los circuitos neuronales y cómo podrían contribuir a la investigación de nuevas terapias?
La quimiogenética nos permite reproducir disfunciones específicas de los circuitos en modelos de primates e identificar qué vías neuronales provocan determinados síntomas. A partir de estos modelos, podemos desarrollar tratamientos para trastornos cerebrales humanos explorando nuevas estrategias terapéuticas dirigidas a restaurar los circuitos afectados.
«La quimiogenética nos permite reproducir disfunciones específicas de los circuitos en modelos de primates e identificar qué vías neuronales provocan determinados síntomas»
La investigación aborda cómo podría influir en enfermedades como el párkinson, la epilepsia o el dolor crónico. ¿Qué avances se han logrado en estas áreas? ¿Existen oportunidades para extender estos hallazgos a otros ámbitos o patologías?
Ya hemos demostrado que la inhibición quimiogenética puede reducir los síntomas en un modelo de mono con epilepsia. Además, grupos de investigación en otros países, incluido China, planean aplicar tratamientos quimiogenéticos a la enfermedad de Parkinson en humanos. Al igual que en estas patologías, si podemos identificar una actividad neuronal anómala que actúe como diana terapéutica, la intervención quimiogenética podría ofrecer valiosas oportunidades para tratar un abanico más amplio de trastornos cerebrales.
¿En qué consiste el método que ha desarrollado para visualizar y controlar los circuitos neuronales en tiempo real en animales de gran tamaño mediante receptores quimiogenéticos y un fármaco diseñado?
Hemos desarrollado un método para visualizar receptores quimiogenéticos en tiempo real utilizando tomografía por emisión de positrones (PET). Fármacos diseñados y marcados radioactivamente se unen a estos receptores artificiales en el cerebro, lo que nos permite cartografiar su distribución. Dado que los receptores quimiogenéticos se expresan no solo en las neuronas diana, sino también en sus terminales axónicos, la PET puede detectar señales tanto en la región objetivo como en las áreas a las que proyectan esas neuronas. Esto permite visualizar circuitos neuronales completos que pueden ser modulados mediante control quimiogenético.
«Los macacos comparten una estructura prefrontal y subcortical muy similar a la de los humanos. Esto hace posible aplicar los conocimientos sobre los circuitos cerebrales»
Los estudios se han realizado en macacos. Teniendo en cuenta las diferencias cerebrales entre los macacos y los humanos, ¿sería viable extrapolar los resultados a humanos? ¿Qué patrones similares o diferentes se han observado mediante resonancia magnética (RM)?
Sí. Los macacos comparten una estructura prefrontal y subcortical muy similar a la de los humanos. Esto hace posible aplicar los conocimientos sobre los circuitos cerebrales —identificados en monos, pero difíciles de estudiar directamente en humanos— a la función cerebral humana. Por ejemplo, un circuito entre la corteza prefrontal y el tálamo, que en los monos se demostró esencial para la memoria de trabajo, mostró una reducción de actividad en pacientes con esquizofrenia, quienes a menudo presentan déficits en esta función. Este hallazgo ayuda a identificar vías cerebrales específicas que pueden estar en la base del deterioro cognitivo en humanos.
¿Qué papel desempeña la inteligencia artificial (IA) en el marco de esta investigación?
La inteligencia artificial nos ayuda de muchas maneras. Por ejemplo, en la obtención de imágenes PET, a veces utilizamos simulaciones basadas en IA para seleccionar y diseñar moléculas que se unan a nuevas dianas. También empleamos algoritmos de IA para analizar grandes conjuntos de datos conductuales y detectar cambios sutiles que se producen cuando se manipulan circuitos cerebrales específicos. Esto nos ayuda a identificar las funciones de los circuitos individuales en el control del comportamiento.
