Del olfato de los ratones al diseño de narices electrónicas

Un artículo de revisión publicado recientemente en la revista The Anatomical Record repasa la investigación básica sobre olfato desarrollada en el INCYL por los científicos José Ramón Alonso, Jesús García Briñón y Eduardo Weruaga. Diferentes experimentos han permitido desentrañar aspectos clave del funcionamiento del sistema olfativo, escasamente estudiado porque en el ser humano tiene menos interés que otros sentidos, como la vista o el oído.

Cada uno de los estudios son piezas de un puzle con las que se puede componer una visión general acerca del funcionamiento del sistema olfativo en el cerebro, explica a DiCYT Eduardo Weruaga.

En esencia, se detectan los olores por la nariz, en donde existe un epitelio sensorial con neuronas capaces de reaccionar ante los olores y mandar información al cerebro. Esa información llega al bulbo olfativo, que a su vez la envía a la amígdala y a otras cortezas olfativas. Gracias a este proceso podemos percibir, distinguir y reconocer olores. Sin embargo, a este esquema básico es realidad mucho más complejo.

Uno de los modelos de estudio más explorados por el grupo de investigación es el de oclusión nasal, que consiste en obstruir las narinas u orificios de la nariz del animal. Con el paso del tiempo, “hay una reacción global de todo el cerebro para poder seguir oliendo”, explica el experto. Este tipo de experimentos revelan la plasticidad del sistema nervioso, que sufre cambios neuroquímicos, morfológicos y sinápticos para adaptarse a la nueva situación.

El bulbo olfativo no solo envía información, sino que también la recibe de otros centros cerebrales, que modulan la respuesta, “generalmente apagándola, porque la información olfativa suele ser muy fuerte”. Por eso, “cuando tapamos la nariz del ratón, los demás centros cerebrales le dicen al bulbo olfativo que se desinhiba, de manera que pueda captar el poco olor que haya”.

Los ratones huelen más

Otro modelo de estudio es la destrucción total del epitelio olfativo por medios químicos. Aunque los epitelios tienen la capacidad de regenerarse, el nasal se recupera con mayor dificultad y los cambios en el cerebro también buscan obtener la mayor información posible. Un experimento diferente es cortar las conexiones del bulbo olfativo con el resto del cerebro, de manera que no envía información olfativa y tampoco recibe órdenes para modularla. Los científicos también pueden eliminar el bulbo olfativo entero.

“Hay que tener en cuenta que en el ratón el sistema olfativo es mucho más importante que en el humano”, destaca Weruaga. Si el roedor no huele, tiene signos de depresión, como aislamiento social o inmovilidad, porque carecen de información importante sobre su congéneres. Por eso, hay grupos de investigación que emplean el modelo de eliminación del bulbo olfativo para probar fármacos contra la depresión.

Finalmente, hay un modelo de investigación genética que también ofrece muchas posibilidades. El fallo en un gen provoca la pérdida de un tipo específico de células del bulbo olfativo y esto ha servido para comprobar la plasticidad del sistema, ya que cuando desaparecen las células principales “hay otras que asumen sus funciones y aumenta la desinhibición de la olfacción”.

Investigación clínica

El grupo de Eduardo Weruaga afronta ahora el reto de trasladar sus conocimientos neurobiológicos a la investigación clínica en colaboración con el Hospital Universitario de Salamanca a través de los otorrinolaringólogos Fernando Franco y María Gil.

La idea es estudiar cuál es la reacción del sistema olfativo tras una poliposis nasal prolongada. Los científicos quieren comprobar si en las personas que se han visto privadas de olfato por este tumor benigno se mueren células impidiendo así la recuperación de este sentido y hasta qué punto, como ocurre en los animales, existe cierta plasticidad que permita al bulbo aumentar su sensibilidad para tratar de seguir oliendo. Ante la imposibilidad de analizar el comportamiento del cerebro de forma global como hacen con los ratones, la investigación se ceñirá a lo que ocurre con el epitelio.

Hasta ahora la investigación clínica del sistema olfativo ha sido muy escasa, quizá por la poca importancia que los propios pacientes le dan. “Desde que alguien se da cuenta de que no huele bien hasta que acude al médico pasan 26 meses de media”, señala Weruaga. Sin embargo, la pérdida de olfato es un síntoma temprano de algunas enfermedades neurodegenerativas, como el alzhéimer.

Sin embargo, los especialistas no disponen de las herramientas adecuadas, por eso otro de los grandes retos de los científicos es la puesta en marcha de test olfativos fiables y ésta es otra de las líneas de investigación que el Hospital y el INCYL pretenden explorar.

Narices electrónicas

Una derivación más insospechada de la investigación básica en olfato es la tecnológica. Las narices artificiales son dispositivos cada vez más sofisticados que detectan, por ejemplo, el pescado en mal estado. “La máquina es capaz de distinguir el olor específico del pescado podrido a muy baja concentración y lo desecha”, comenta Weruaga. El campo de la seguridad, con la posibilidad de detectar explosivos es otro de los grandes ejemplos de utilidad de esta tecnología.

Las narices artificiales son mucho más sencillas que las biológicas y una manera de perfeccionarlas es imitar el funcionamiento de los sistemas olfativos. Ahí es donde cobra importancia la investigación básica desarrollada por el INCYL.

Estos dispositivos son receptores basados en sustancias químicas que reaccionan con diferentes olores. Uno de los problemas a los que se enfrentan los ingenieros que las diseñan es conseguir esa reacción con una amplia gama de efluvios y que la nariz artificial no se sature y sea capaz de diferenciarlos cuando se presentan juntos. En este aspecto, las investigaciones básicas que han descubierto los mecanismos de inhibición y de modulación en el sistema olfativo de los animales pueden dar muchas pistas.

Otro problema es la necesidad de recambiar los sensores químicos, que se desgastan con rapidez. Muchas de las posibles aplicaciones necesitan que la nariz electrónica funcione continuamente y sus receptores no se deterioren y también ahí la naturaleza puede servir de referencia. Además, un modelo interesante es el de las redes neuronales, que permitirían un aprendizaje automático de los dispositivos.

Para establecer conexiones entre la parte más básica de la investigación y quienes desarrollan las aplicaciones tecnológicas existen foros comunes como la Red Olfativa Española, que integra desde neurobiólogos hasta ingenieros.