La tecnología utiliza proteínas sensibles a la luz para activar o inhibir células nerviosas con una precisión de milisegundos. Su aplicación está ampliando el conocimiento sobre la memoria y la conducta, y ha abierto una nueva vía experimental para recuperar parte de la visión en personas con determinadas enfermedades de la retina.
El cerebro humano contiene miles de millones de neuronas conectadas entre sí mediante circuitos de una complejidad extraordinaria. Comprender cómo se organizan esas conexiones, qué papel desempeña cada grupo de células y cómo su actividad influye en la memoria, las emociones o el comportamiento constituye uno de los grandes desafíos de la neurociencia. La optogenética ha proporcionado a los investigadores una herramienta para abordar estas preguntas con un grado de precisión que hasta hace unas décadas resultaba difícil de imaginar.
El avance ha recibido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2026, concedido a Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel por sus descubrimientos relacionados con los canales iónicos sensibles a la luz y el desarrollo de la optogenética. Sus trabajos conectaron un hallazgo procedente de la biología de las algas con una tecnología capaz de modificar experimentalmente la actividad de neuronas concretas.
La relevancia del descubrimiento reside en una posibilidad esencial para la investigación: intervenir en un circuito cerebral definido y observar qué sucede cuando se activa o se inhibe su actividad. Esta capacidad permite estudiar relaciones causales entre la actividad neuronal y una función determinada, un paso fundamental para comprender los mecanismos que intervienen en los procesos cognitivos y las enfermedades neurológicas.
De una microalga a los circuitos cerebrales
El origen de esta tecnología se encuentra en Chlamydomonas reinhardtii, una microalga unicelular que utiliza la luz para orientarse en su entorno. Los investigadores identificaron proteínas de su membrana capaces de responder a la iluminación y permitir el paso de iones a través de ella.
Entre esas proteínas destaca la canalrodopsina, especialmente la canalrodopsina-2, conocida como ChR2. Al recibir luz de una longitud de onda adecuada, esta proteína abre un canal que permite el paso de iones cargados eléctricamente. El movimiento de esos iones modifica el potencial eléctrico de la membrana celular.
Peter Hegemann y Georg Nagel contribuyeron de forma decisiva a descubrir y caracterizar estas proteínas. Karl Deisseroth y otros investigadores desarrollaron después métodos para introducir los genes que codifican proteínas fotosensibles en neuronas de mamíferos. De este modo, las células nerviosas podían responder a estímulos luminosos administrados de manera controlada.
La combinación de genética y luz dio lugar a la optogenética. El procedimiento consiste, de forma simplificada, en introducir mediante un vector genético el material necesario para que determinadas células produzcan una opsina fotosensible. Una vez expresada la proteína en la membrana, los investigadores pueden iluminar las células con una longitud de onda específica y modificar su actividad eléctrica.
Las primeras demostraciones decisivas en neuronas de mamíferos llegaron en 2005. Desde entonces, la técnica ha permitido investigar circuitos neuronales con una precisión temporal y espacial que complementa otros métodos de registro y estimulación cerebral.
Encender o inhibir la actividad neuronal
La optogenética ofrece distintas posibilidades según la proteína fotosensible empleada. Algunas opsinas, como ChR2, permiten la entrada de iones positivos y favorecen la despolarización de la membrana, aumentando la probabilidad de que la neurona genere impulsos eléctricos. Otras, como la halorrodopsina, pueden favorecer la entrada de iones cloruro y reducir la probabilidad de activación neuronal.
La elección de la proteína y de las condiciones de iluminación determina el efecto. Por ello, no basta con aplicar luz: los investigadores deben seleccionar el sistema molecular adecuado, controlar la expresión genética y establecer parámetros precisos de estimulación.
La luz puede administrarse mediante fibras ópticas u otros dispositivos diseñados para alcanzar las células seleccionadas. La respuesta se mide mediante registros de actividad neuronal y observaciones del comportamiento, lo que permite relacionar la intervención con sus consecuencias.
Esta combinación resulta especialmente valiosa porque la actividad cerebral depende de redes de neuronas que cooperan e interactúan. Observar una correlación entre la activación de una región y una conducta aporta información, pero modificar experimentalmente un grupo celular y comprobar el resultado permite avanzar hacia una explicación causal.
Qué puede revelar sobre la memoria y el comportamiento
Una de las aplicaciones más relevantes de la optogenética se encuentra en el estudio de la memoria. En 2012, una investigación publicada en Nature demostró que la reactivación de neuronas previamente identificadas en el hipocampo de ratones podía desencadenar una respuesta de congelación asociada a un recuerdo aprendido mediante condicionamiento del miedo.
El experimento ayudó a mostrar que la activación de un conjunto neuronal relacionado con una experiencia podía recuperar una respuesta conductual vinculada a esa memoria. Este tipo de investigación permite explorar cómo se codifican y recuperan los recuerdos, qué circuitos participan en el aprendizaje y cómo cambian las conexiones neuronales con la experiencia.
Los resultados también tienen interés para investigar los mecanismos del miedo, la ansiedad y determinados procesos relacionados con los trastornos psiquiátricos. Sin embargo, activar un circuito asociado a un recuerdo en un animal de laboratorio no equivale a borrar, editar o controlar a voluntad los recuerdos humanos. La memoria es un proceso distribuido y dinámico, y su funcionamiento depende de múltiples redes y de la interacción con otros procesos cerebrales.
La técnica permite formular y poner a prueba hipótesis sobre estos mecanismos. Su valor clínico dependerá de que esos conocimientos se traduzcan en intervenciones seguras, eficaces y reproducibles.
Una aplicación en seres humanos: recuperar parte de la visión
La optogenética también ha empezado a explorarse fuera de la investigación cerebral experimental. Uno de los resultados clínicos más destacados se publicó en 2021 en Nature Medicine: un paciente con retinosis pigmentaria avanzada recuperó parcialmente la capacidad de percibir determinados objetos mediante una terapia optogenética combinada con unas gafas especiales.
La retinosis pigmentaria comprende enfermedades degenerativas de la retina que provocan la pérdida progresiva de fotorreceptores, las células encargadas de captar la luz. La estrategia estudiada consistió en introducir en determinadas células ganglionares de la retina el gen de una opsina sensible a la luz, denominada ChrimsonR. Estas células pueden transmitir información visual hacia el cerebro, aunque normalmente no desempeñan la función de los fotorreceptores.
El paciente recibió una inyección intraocular de un vector viral que transportaba el gen y utilizó unas gafas capaces de captar la escena visual y proyectar patrones luminosos sobre la retina tratada. La estimulación permitía activar las células modificadas y generar señales que llegaban a las áreas visuales del cerebro.
Con el sistema, el paciente consiguió percibir, localizar, contar y tocar algunos objetos utilizando el ojo tratado. Los investigadores también registraron actividad relacionada con la percepción visual en la corteza cerebral.
El resultado fue significativo, aunque su alcance debe describirse con precisión: se trató de una recuperación funcional parcial en un solo paciente, con ayuda de un dispositivo externo. No supuso la restauración de una visión normal ni demuestra que la técnica pueda aplicarse de manera generalizada a todas las formas de ceguera. El estudio constituyó una prueba de concepto clínica que necesita investigación adicional para determinar su eficacia, seguridad y aplicabilidad.
De la investigación a la medicina
El potencial de la optogenética depende de su capacidad para identificar los circuitos que intervienen en una función y comprobar cómo cambia esa función al modificar su actividad. Esta información puede contribuir a comprender mejor enfermedades neurológicas y psiquiátricas, además de orientar el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas.
Su utilización clínica, sin embargo, presenta dificultades importantes. La intervención suele requerir introducir material genético en las células diana, conseguir una expresión adecuada de las proteínas fotosensibles y administrar luz con suficiente precisión. En el cerebro, alcanzar determinadas poblaciones neuronales plantea retos adicionales relacionados con la profundidad del tejido y la necesidad de dispositivos de estimulación.
La terapia visual publicada en 2021 ilustra tanto las posibilidades como las limitaciones actuales: fue necesario combinar una intervención genética con un sistema óptico específico y un entrenamiento visual. La estrategia no consistió simplemente en iluminar la retina, sino en dotar a determinadas células de una nueva sensibilidad a la luz.
La optogenética tampoco debe confundirse con técnicas de fotobiomodulación, que utilizan luz para estudiar o modular procesos biológicos sin introducir necesariamente proteínas fotosensibles mediante ingeniería genética. Aunque ambas emplean estímulos luminosos, sus mecanismos, objetivos y aplicaciones son diferentes.
El reconocimiento del Nobel pone de relieve la importancia de la investigación básica para abrir nuevas vías en medicina. El descubrimiento de una proteína en una microalga permitió desarrollar una herramienta que hoy ayuda a estudiar algunos de los procesos más complejos del sistema nervioso. Su contribución inmediata consiste en ofrecer a la ciencia una forma más precisa de investigar cómo funciona el cerebro; sus futuras aplicaciones terapéuticas dependerán de los resultados de los estudios clínicos y de la capacidad para convertir ese conocimiento en tratamientos seguros y eficaces.
Fuentes científicas
- Nobel Prize: reconocimiento de Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel por sus descubrimientos sobre los canales iónicos sensibles a la luz y la optogenética.
- Sahel, J.-A. y colaboradores. “Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy”. Nature Medicine, 2021. DOI: 10.1038/s41591-021-01351-4.
- Deisseroth, K. y colaboradores. Investigaciones fundacionales sobre el control óptico de la actividad neuronal, publicadas en Nature Neuroscience en 2005.
- Investigación sobre la reactivación de conjuntos neuronales del hipocampo y la recuperación de respuestas de miedo aprendidas, publicada en Nature en 2012.
