Explicador: ¿Qué es la optogenética, el avance reconocido con el Nobel de Medicina 2026?

El Premio Nobel de Medicina 2026 fue otorgado este 5 de octubre a Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel por sus descubrimientos sobre los canales iónicos activados por luz y la optogenética, una herramienta que ha cambiado la manera de investigar el funcionamiento del cerebro.

La optogenética es un método que permite controlar con luz la actividad de células específicas, principalmente neuronas, después de hacerlas sensibles a ella mediante herramientas genéticas. Los investigadores pueden así activar o inhibir determinadas células y estudiar qué papel tienen en funciones, emociones y comportamientos.

¿Cómo funciona la optogenética?

La optogenética permite hacer que determinadas células respondan a la luz y utilizarla para controlar su actividad.

Para conseguirlo, los investigadores introducen en las células que quieren estudiar un gen con las instrucciones para producir una proteína sensible a la luz. Una de estas proteínas es la canalrodopsina, que se incorpora a la membrana de la célula y reacciona cuando recibe luz.

En las neuronas, esta reacción puede modificar su actividad eléctrica. La canalrodopsina-2, por ejemplo, responde a la luz azul y permite generar una señal nerviosa en cuestión de milisegundos.

Esto hace posible seleccionar determinadas neuronas, activarlas en un momento preciso y observar qué ocurre. También existen herramientas optogenéticas que permiten inhibir su actividad.

El mecanismo depende del movimiento de partículas con carga eléctrica llamadas iones. Cuando la luz activa la canalrodopsina, se abre un canal en la membrana de la célula que permite el paso de esos iones. Ese movimiento modifica la actividad eléctrica de la neurona.

¿Cómo surgió la optogenética?

El origen de la optogenética está en Chlamydomonas reinhardtii, un alga unicelular capaz de detectar la luz y desplazarse hacia ella.

A principios de la década de 1990, Peter Hegemann investigaba cómo esta alga podía responder tan rápidamente a la luz. Sus experimentos mostraron que aparecía una señal eléctrica apenas medio milisegundo después de que la luz llegara a la zona del alga encargada de detectarla.

La velocidad de la respuesta llevó a Hegemann a plantear que una misma proteína podía captar la luz y funcionar como un canal para el paso de iones. La propuesta era importante porque los sistemas conocidos hasta entonces requerían varios pasos para convertir la luz en una señal eléctrica.

Años después, el avance en el conocimiento del material genético de Chlamydomonas permitió identificar dos genes que podían contener las instrucciones para producir las proteínas que Hegemann buscaba.

Hegemann recurrió entonces a Georg Nagel para estudiar su funcionamiento. Nagel introdujo copias de esos genes en óvulos de rana, cuyas células comenzaron a producir las proteínas en sus membranas. Cuando fueron iluminadas, los canales se abrieron y permitieron el paso de iones.

Las proteínas recibieron los nombres de canalrodopsina-1 y canalrodopsina-2. Esta última tendría un papel central en el posterior desarrollo de la optogenética.

¿Qué aportó cada uno de los ganadores del Nobel de Medicina 2026?

Los trabajos de Peter Hegemann permitieron entender cómo Chlamydomonas respondía a la luz y condujeron a la identificación de las proteínas involucradas en ese mecanismo.

Georg Nagel, en colaboración con Hegemann, demostró que esas proteínas podían funcionar como canales iónicos activados directamente por luz. En 2002 publicaron los resultados sobre la canalrodopsina-1 y en 2003 los correspondientes a la canalrodopsina-2.

Pero todavía faltaba demostrar que ese mecanismo podía utilizarse para controlar neuronas. Karl Deisseroth recibió de Nagel el material genético necesario para producir canalrodopsina-2 y lo introdujo en neuronas de rata cultivadas en laboratorio.

Las neuronas produjeron la proteína sin problemas aparentes y respondieron cuando fueron expuestas a luz azul. La iluminación provocaba una señal nerviosa que podía propagarse hacia otras neuronas. El resultado fue publicado en 2005.

El método recibió el nombre de optogenética en 2006. Un año después, el grupo de Deisseroth logró controlar neuronas en el cerebro de ratones vivos. Los investigadores introdujeron el gen de la canalrodopsina-2 en un tipo específico de neurona de la corteza motora y llevaron luz hasta esa región mediante una fibra óptica. Al estimular las células consiguieron provocar movimientos en los bigotes de los animales.

Los descubrimientos de Hegemann y Nagel proporcionaron el mecanismo que hacía posible controlar células con luz. El trabajo de Deisseroth permitió convertirlo en una herramienta para investigar la actividad de las neuronas y los circuitos que forman.

¿Por qué la optogenética cambió la forma de estudiar el cerebro?

Los científicos podían observar desde antes qué regiones del cerebro o qué neuronas mostraban actividad durante determinadas funciones y conductas. Sin embargo, encontrar una relación entre dos fenómenos no necesariamente demuestra que uno sea la causa del otro.

La optogenética abrió la posibilidad de intervenir con mayor precisión. Los investigadores pueden activar o inhibir determinadas células y observar los efectos que produce ese cambio.

Una de sus primeras aplicaciones permitió estudiar las neuronas relacionadas con la vigilia. En 2007, investigadores introdujeron canalrodopsina-2 en un tipo de neurona que sospechaban que intervenía en ese proceso. Cuando iluminaron esas células en ratones dormidos, aumentó la probabilidad de que despertaran.

La técnica también abrió nuevas posibilidades para investigar la memoria. En un experimento publicado en 2012, científicos identificaron las neuronas que se habían activado mientras ratones experimentaban miedo. Posteriormente estimularon esas células con luz y los animales volvieron a mostrar una respuesta de miedo aunque en ese momento no estuvieran en peligro.

Experimentos de este tipo permiten probar si la actividad de determinadas células es suficiente o necesaria para producir una respuesta. La optogenética ha sido utilizada para investigar circuitos relacionados con el sueño, la memoria, el miedo, la ansiedad, la recompensa, el dolor, la alimentación, la atención y otras funciones.

Su aportación no consiste solamente en observar el cerebro con mayor detalle. Permite intervenir sobre partes seleccionadas de sus circuitos y comprobar cómo cambia una función o una conducta.

¿Qué aplicaciones tiene la optogenética y hasta dónde ha llegado en humanos?

La optogenética se utiliza principalmente como herramienta de investigación. Ha permitido conocer mejor células y circuitos involucrados en enfermedades neurológicas y psiquiátricas como depresión, ansiedad, esquizofrenia, Alzheimer y Parkinson. Esto no significa que sea actualmente un tratamiento disponible para estos padecimientos.

Una de las aplicaciones clínicas que más ha avanzado se encuentra fuera del cerebro y busca recuperar parte de la visión en personas con retinitis pigmentosa, una enfermedad hereditaria que provoca la pérdida progresiva de las células de la retina encargadas de captar la luz.

En un estudio publicado en 2021, investigadores introdujeron una proteína sensible a la luz en células de la retina de un paciente que había perdido la visión por esta enfermedad. El procedimiento se combinó con unos lentes especiales capaces de enviar pulsos de luz hacia las células modificadas.

El paciente recuperó parcialmente la capacidad de percibir, localizar y tocar objetos. El documento científico del Comité Nobel señala que actualmente existen varios ensayos clínicos que investigan métodos optogenéticos para mejorar la visión de personas con retinitis pigmentosa.

También se estudia la posibilidad de aplicar la optogenética a los implantes cocleares. Estos dispositivos utilizan actualmente electricidad para estimular el nervio auditivo. Los investigadores buscan determinar si la estimulación mediante luz podría permitir un control más preciso.

Estas aplicaciones continúan en investigación. El impacto ya demostrado de la optogenética está en haber proporcionado una forma de controlar células específicas y utilizar esa capacidad para investigar cómo funcionan los circuitos del cerebro.