Científicas chilenas describen mejoras congnitivas por terapia de exposición cerebral a luces LED

21/09/2024

Los hallazgos revelaron que una exposición de menos de dos minutos diarios durante cinco semanas en modelos animales envejecidos logró reducir el deterioro de la memoria, gracias a la estimulación de la función mitocondrial y la recuperación estructural de las redes neuronales. 

• El proyecto fue parte del trabajo postdoctoral de la Dra. Claudia Jara y la investigadora principal Dra. Cheril Tapia: el potencial de los resultados permitió transferir los estudios a una nueva línea de investigación en el Centro Basal Ciencia & Vida.
• Las investigaciones tuvieron la colaboración de una académica de la Universidad de Valparaíso, la Dra. Débora Buendía, quien se ha abocado al desarrollo de un prototipo con fines terapéuticos y que fue utilizado para los tratamientos experimentales. 

Un equipo de científicas chilenas ha explorado durante los últimos tres años los efectos de la luz LED sobre el desempeño cognitivo del cerebro y, en particular, sus implicancias en el proceso de envejecimiento. 

En este contexto, las investigadoras Cheril Tapia y Claudia Jara, del Centro Basal Ciencia & Vida, lograron dilucidar aspectos hasta ahora desconocidos sobre esta área del conocimiento, aportando evidencia científica básica para futuras terapias y también para la comprensión de su principal objetivo de estudio: las mitocondrias (proveedoras de la energía química necesaria para la actividad celular).

Y es que las exploraciones no solo revelaron que la exposición a una terapia lumínica estimula la función mitocondrial y mejora la estructura de las neuronas, sino también permitieron la identificación de un blanco terapéutico, observado durante la exposición de un modelo animal envejecido a una luz LED de color rojo, a una determinada longitud de onda: 630 nanómetros (o nm, una unidad de longitud que equivale a la milmillonésima parte de un metro). 

“Hasta ahora la evidencia era controversial: algunos estudios mostraban una activación de la función mitocondrial y otros un efecto perjudicial. Lo que hemos aclarado en nuestros resultados, tanto en observaciones in vitro como in vivo, es que la terapia LED efectivamente estimula respuesta las mitocondrias y también mejora la estructura de las neuronas, que durante el envejecimiento van perdiendo su cantidad de prolongaciones y conexiones, las que, posterior al procedimiento, se van recuperando”, explica la Dra. Jara.  

La investigadora comenzó los estudios en el año  2021, como parte de un proyecto postdoctoral en el laboratorio de la Dra. Cheril Tapia, investigadora principal del Centro Basal (perteneciente a la red de centros de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, ANID) y profesora de la Universidad San Sebastián. 

Luego de los alentadores resultados obtenidos en este primer ciclo, la exploración ha abierto una nueva línea de investigación –apoyada por un Fondecyt de Iniciación otorgado a la Dra. Claudia Jara– en este laboratorio, dedicado a comprender la disfunción de las mitocondrias sinápticas durante el envejecimiento en el hipocampo, estructura cerebral que interviene en los procesos de aprendizaje y memoria. Estos organelos son los mayores productores de energía al interior de la célula y sus mutaciones genéticas se asocian a múltiples enfermedades.

“Los resultados vienen a validar cuán importante es la mitocondria en el envejecimiento y en los procesos de deterioro cognitivo. La evidencia es contundente respecto a que este es uno de los cambios más relevantes que sufre el cerebro, y nuestro organismo por completo, con el paso del tiempo. La estimulación de la función mitocondrial y sus mejoras asociadas la validan como un blanco terapéutico para tratar las alteraciones que sufre el cerebro durante este proceso”, señaló la Dra. Cheril Tapia.

Biofotomodulación

Los Diodos Emisores de Luz (LED), son dispositivos optoelectrónicos que no emiten calor. Basados en tecnología de semiconductores, tienen diferentes longitudes de onda que derivan en colores, dependiendo exclusivamente del material semiconductor utilizado. A nivel biomédico, el uso de esta tecnología se relaciona típicamente con la industria cosmética, dado sus efectos a nivel de regeneración y cicatrización. 

Pese a esto, su potencial aplicación en el campo de la salud del envejecimiento se mantiene en discusión. Se trata de una pregunta aún abierta debido a las brechas en evidencia respecto a los mecanismos moleculares implicados en los beneficios de la iluminación LED sobre la memoria. En la biofotomodulación, o terapia basada en la luz LED, las ondas que atraviesan el cráneo llegan a las células nerviosas del cerebro, son absorbidas y finalmente estimulan las mitocondrias, propiciando múltiples beneficios neuronales. 

Entre sus impactos positivos, se cuenta un aumento en la oxigenación craneal, la disminución de especies reactivas de oxígeno y un incremento del ATP (Adenosín Trifosfato o Trifosfato de Adenosina), la molécula portadora de la energía primaria para todas las formas de vida. Así lo detalla la académica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Valparaíso, Dra. Débora Buendía, quien colabora desde el año 2018 con el laboratorio del Centro Basal Ciencia & Vida.

“La abertura numérica de la luz LED permite obtener radiación difusa sobre grandes áreas de superficie, en comparación a la luz láser, produciendo poco calor y reduciendo gastos energéticos. Además es considerado seguro. La fotobiomodulación transcraneana consiste en la aplicación del luz roja, en el rango del rojo o el infrarrojo cercano; esta luz es absorbida por el tejido neural, generando tres tipos de respuestas: neuroquímicas, neurobiológicas y de modulación de la red neuronal, actuando en la cadena respiratoria mitocondrial de las neuronas corticales”.

La especialista de la UV viene trabajando hace varios años en el diseño de dispositivos tecnológicos para fototerapia y el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, los que han sido evaluados en personas con Parkinson y deterioro cognitivo leve. 

La evidencia preliminar en este campo ha demostrado que el color rojo genera en las neuronas un efecto neuroprotector posiblemente debido -al menos en parte- a los diversos cambios asociados a la potenciación de la función de la mitocondria. Por otro lado, para el desarrollo de terapias de fotobiomodulación se han evaluado varias fuentes de luz, pero la tecnología LED tiene un ancho espectral mayor al del láser, lo que le otorga como ventaja una mayor capacidad de absorción en los tejidos. 

La Dra. Buendía conoció en un congreso a la Dra. Cheril Tapia, donde se percataron que sus investigaciones podrían tener una interesante proyección al complementarse: en el caso de la ingeniería biomédica para el desarrollo de una fototerapia enfocada en enfermedades neurodegenerativas; y, desde la perspectiva del laboratorio del Centro Basal Ciencia & Vida de la USS, para continuar indagando en diferentes aristas de la disfunción mitocondrial durante el envejecimiento y su impacto en la pérdida de memoria, así como también potenciales blancos terapéuticos que atenúen las deficiencias mitocondriales asociadas al deterioro cognitivo. 

“Esto demuestra la importancia de las colaboraciones, de abrir la ciencia a la comunidad. Porque, finalmente, lo que hacemos sirvió para que Débora, desde su mirada de la ingeniería biomédica, pudiera también tener las respuestas que necesitaba: en este caso, de la validación de la mitocondria con un blanco molecular de su terapia LED. Además, vemos que la terapia es efectiva no solo en contextos de patología, sino también en envejecimiento”, aporta la investigadora Claudia Jara. 

Cinco semanas y de lunes a viernes

Alentadas por la “pregunta abierta” sobre los mecanismos celulares que están implicados en la relación entre la terapia LED y la memoria, las Drs. Jara y Tapia se aventuraron en un proyecto cuyo objetivo era entender si la mitocondria podría ser el componente clave en esta historia. Dicho de otra forma, si este organelo celular era el elemento central a través del cual la luz roja era responsable de generar efectos beneficiosos en la memoria, activando una “cascada biológica de eventos moleculares” que describe su colaboradora, la Dra. Buendía. 

A diferencia de los dispositivos por los cuales se administra la fototerapia a pacientes humanos (un casco similar al que utilizan los ciclistas), en los modelos experimentales se utilizó una cámara donde se exponía un cerebro la luz. Esta terapia se efectuó durante un período de cinco semanas, de lunes a viernes, por un tiempo de 125 segundos en cada jornada. El modelo que se utilizó en los experimentos fue un modelo animal con un fenotipo de envejecimiento acelerado.

Terminado el ciclo de procedimientos, se realizaron pruebas cognitivas y posteriormente se analizó la región del cerebro correspondiente al hipocampo, estructura que media los procesos de aprendizaje y memoria. En este tejido se evaluó la función mitocondrial y la estructura de las neuronas. 

“Es en estos análisis donde nos encontramos con importantes mejoras en las capacidades cognitivas de los animales envejecidos. Son resultados sorprendentes y bonitos a la vez”, destaca la Dra. Tapia, líder del laboratorio, que cuenta  ahora con la Dra. Jara como una de las mujeres que conforman este equipo, mayoritariamente femenino, a cargo de su propia línea de investigación independiente.

“La proyección de estas investigaciones sería poder implementar una terapia de manera que pueda servir como un nuevo enfoque para pacientes con deterioro cognitivo, aunque para eso aún falta bastante. Nuestro aporte, actualmente, ha sido dar a conocer a la comunidad científica algunos de los mecanismos por los cuales la luz LED actuaría y las consecuencias que tiene. Por lo tanto, en conjunto, los resultados potencian la importancia de la terapia y contribuyen a pensar en ella a estados más avanzados de su desarrollo”, sugiere la Dra. Jara. 

La continuidad de los estudios en el laboratorio de la Dra. Cheril Tapia apunta a seguir explorando –gracias a la adjudicación de recursos del programa Fondecyt de Iniciación por parte de la Dra. Claudia Jara– nuevas aristas que contribuyan a la pérdida de la función mitocondrial durante el envejecimiento. 

En particular, un proceso que ocurre durante este ciclo vital en las mitocondrias: la mitofagia (un tipo de autofagia, por el que la célula descompone y destruye mitocondrias viejas, dañadas o anormales, una suerte de reciclaje las mitocondrias) y el rol de una proteína, llamada Sestrina 2, como un potencial sensor del estrés o daño mitocondrial, para promover la eliminación de mitocondrias disfuncionales y consecuentemente generar una mejor función neuronal en el cerebro envejecido.

Texto por Luis Francisco Sandoval. Agencia Inés Llambías Comunicaciones.