Especialmente diseñado, Los pulsos de luz ultrarrápidos pueden hacer que las neuronas se activen y algún día podrían ayudar a los pacientes con problemas circadianos o del estado de ánimo sensibles a la luz. según un nuevo estudio en ratones de la Universidad de Illinois.

Los químicos han utilizado haces de luz tan cuidadosamente elaborados, llamado control coherente, para regular reacciones químicas, pero este estudio es la primera demostración de su uso para controlar la función en una célula viva. El estudio utilizó neuronas optogenéticas de ratón, es decir, células a las que se les ha añadido un gen para que respondan a la luz. Sin embargo, los investigadores dicen que la misma técnica podría usarse en células que responden naturalmente a la luz, como los de la retina.

"El dicho, 'El ojo es la ventana del alma' tiene algún mérito, porque nuestros cuerpos responden a la luz. Los fotorreceptores en nuestras retinas se conectan a diferentes partes del cerebro que controlan el estado de ánimo, ritmos metabólicos y ritmos circadianos, "dijo el Dr. Stephen Boppart, el líder del estudio publicado en la revista Física de la naturaleza . Boppart es profesor de ingeniería eléctrica e informática y de bioingeniería en Illinois, y también es médico.

Los investigadores utilizaron la luz para excitar un canal sensible a la luz en la membrana de las neuronas. Cuando los canales estaban emocionados, dejaron pasar iones, lo que provocó que las neuronas se dispararan.

Si bien la mayoría de los sistemas biológicos de la naturaleza están acostumbrados a la luz continua del sol, El equipo de Boppart utilizó una ráfaga de pulsos de luz muy cortos, menos de 100 femtosegundos. Esto entrega mucha energía en un corto período de tiempo, excitando las moléculas a diferentes estados de energía. Además de controlar la duración de los pulsos de luz, El equipo de Boppart controla el orden de longitudes de onda en cada pulso de luz.

"Cuando tienes un pulso de luz ultracorto o ultrarrápido, hay muchos colores en ese pulso. Podemos controlar qué colores vienen primero y qué tan brillante será cada color, "Dijo Boppart." Por ejemplo, Las longitudes de onda azules tienen una energía mucho más alta que las longitudes de onda rojas. Si elegimos qué color viene primero, podemos controlar qué energía ve la molécula en qué momento, para aumentar la emoción o volver a bajar a la línea de base. Si creamos un pulso donde el rojo viene antes que el azul, es muy diferente a si el azul viene antes que el rojo ".

Los investigadores demostraron el uso de patrones de pulsos de luz personalizados para hacer que las neuronas se disparen en diferentes patrones.

Boppart dice que el control coherente podría dar a los estudios de optogenética más flexibilidad, dado que cambiar las propiedades de la luz utilizada puede dar a los investigadores más posibilidades que tener que diseñar ratones con nuevos genes cada vez que quieran un comportamiento neuronal diferente.

Fuera de la optogenética, los investigadores están trabajando para probar su técnica de control coherente con células y procesos que responden naturalmente a la luz:células retinianas y fotosíntesis, por ejemplo.

"Lo que estamos haciendo por primera vez es usar un control ligero y coherente para regular la función biológica. Esto es fundamentalmente más universal que la optogenética; ese es solo el primer ejemplo que usamos, "Dijo Boppart." En última instancia, esto podría ser libre de genes forma libre de drogas de regular la función celular y tisular. Creemos que podría haber 'opto-ceuticos, 'métodos de tratamiento de pacientes con luz. "