Uso de estímulos eléctricos para regular genes
Un equipo de investigadores dirigido por el profesor de ETH Martin Fussenegger logró usar una corriente eléctrica para controlar directamente la expresión génica por primera vez. Su trabajo proporciona la base para los implantes médicos que se pueden encender y apagar usando dispositivos electrónicos fuera del cuerpo. Crédito: Katja Schubert / según Krawczyk K et al., Science 2020
Así es como funciona. Un dispositivo que contiene células productoras de insulina y una unidad de control electrónico se implanta en el cuerpo de un diabético. Tan pronto como el paciente come algo y su nivel de azúcar en la sangre aumenta, puede usar una aplicación en su teléfono inteligente para activar una señal eléctrica, o puede preconfigurar la aplicación para que lo haga automáticamente si la comida se ha ingresado con anticipación. Poco tiempo después, las células liberan la cantidad necesaria de insulina producida para regular el nivel de azúcar en la sangre del paciente.
Esto puede parecer ciencia ficción, pero pronto podría convertirse en realidad. Un equipo de investigadores dirigido por Martin Fussenegger, profesor ETH de Biotecnología y Bioingeniería en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas en Basilea, presentó su prototipo para un implante de este tipo en un nuevo artículo en la revista Science. Su estudio es el primero en examinar cómo la expresión génica puede activarse y regularse directamente mediante señales eléctricas. Al probar su enfoque en ratones, los investigadores establecieron que funcionaba a la perfección.
Los científicos de Basilea tienen una gran experiencia en el desarrollo de redes e implantes genéticos que responden a estados fisiológicos específicos del cuerpo, como niveles de lípidos en sangre demasiado altos o niveles de azúcar en sangre demasiado bajos. Aunque tales redes responden a estímulos bioquímicos, también pueden ser controladas por influencias externas alternativas como la luz. «Hace mucho tiempo que queríamos controlar directamente la expresión génica usando electricidad; ahora finalmente lo hemos logrado», dice Fussenegger.
Una placa de circuito y un contenedor de células son la clave
El implante que han diseñado los investigadores se compone de varias partes. Por un lado, cuenta con una placa de circuito impreso (PCB) que alberga la electrónica receptora y de control; en el otro hay una cápsula que contiene células humanas. Conectar el PCB al contenedor de células es un cable diminuto.
Una señal de radio desde el exterior del cuerpo activa los componentes electrónicos del implante, que luego transmite señales eléctricas directamente a las células. Las señales eléctricas estimulan una combinación especial de canales de calcio y potasio; a su vez, esto desencadena una cascada de señalización en la célula que controla el gen de la insulina. Posteriormente, la maquinaria celular carga la insulina en vesículas que las señales eléctricas hacen que se fusionen con la membrana celular, liberando la insulina en cuestión de minutos.
Próximamente: Internet del Cuerpo
Fussenegger ve varias ventajas en este último desarrollo. «Nuestro implante podría estar conectado al universo cibernético», explica. Los médicos o los pacientes podrían usar una aplicación para intervenir directamente y activar la producción de insulina, algo que también podrían hacer de forma remota a través de Internet tan pronto como el implante haya transmitido los datos fisiológicos necesarios. «Un dispositivo de este tipo permitiría a las personas integrarse completamente en el mundo digital y convertirse en parte del Internet de las cosas o incluso del Internet del cuerpo», dice Fussenegger.
Cuando se trata del riesgo potencial de los ataques de los piratas informáticos, tiene una visión sensata: «La gente ya usa marcapasos que, en teoría, son vulnerables a los ataques cibernéticos, pero estos dispositivos tienen suficiente protección. Eso es algo que tendríamos que incorporar también en nuestros implantes», dice.
Tal como están las cosas, el mayor desafío que ve está en el lado genético de las cosas. Para asegurarse de que no se causen daños a las células y los genes, él y su grupo deben realizar más investigaciones sobre la corriente máxima que se puede utilizar. Los investigadores también deben optimizar la conexión entre la electrónica y las células.
Y un último obstáculo a superar es encontrar una forma nueva, más fácil y más conveniente de reemplazar las células utilizadas en el implante, algo que debe ser se realiza aproximadamente cada tres semanas. Para sus experimentos, Fussenegger y su equipo de investigadores colocaron dos cuellos de llenado en su prototipo para reemplazar las células; quieren encontrar una solución más práctica.
Sin embargo, antes de que su sistema pueda usarse en humanos, debe pasar toda una serie de pruebas clínicas.
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Células beta artificiales Más información: DOI: 10.1126/science.aau7187 K. Krawczyk el al., «Electrogenetic cell insulin release for real-time glucemic control in type 1 ratones diabéticos», Science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aau7187
MI Brier el al., «Activación remota de la señalización celular», Science (2020). ttps://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abb9122 Información de la revista: Science