Científicos "teledirigen" células humanas de diseño implantadas en ratones utilizando sólo corrientes continuas
La actividad genética de células humanas "de diseño" puede activarse y desactivarse a distancia mediante corrientes eléctricas, según demuestra un nuevo estudio realizado en ratones.
En un estudio publicado el 31 de julio en la revista Nature Metabolism, la corriente continua (CC) procedente de pilas de consumo desencadenó la liberación de insulina a partir de células humanas modificadas genéticamente que los científicos habían implantado bajo la piel de ratones diabéticos. La insulina logró restablecer los niveles normales de azúcar en sangre de los roedores.
Los investigadores esperan que este ajuste eléctrico de la expresión génica, conocido como tecnología "electrogenética", se integre con el tiempo en dispositivos portátiles que puedan utilizarse para ajustar la actividad de células de diseño implantadas en el cuerpo humano.
En un 1º, los científicos utilizan células inmunitarias de diseño para hacer remitir una enfermedad autoinmune
CRISPR detiene la replicación del coronavirus en células humanas
Los dispositivos para llevar puestos ya están de moda y pueden controlar el pulso, la presión arterial, los niveles de azúcar en sangre y mucho más. Pero por el momento no se pueden utilizar para controlar la expresión génica.
Cómo controlan el sueño los rastreadores de fitness
Para trasladar esta idea de la ciencia ficción al mundo real, Martin Fussenegger, profesor de biotecnología y bioingeniería de la ETH de Zúrich y la Universidad de Basilea, y sus colegas diseñaron una interfaz denominada tecnología de regulación accionada por CC (DART). Funciona con corriente continua procedente de pilas estándar AA o AAA de 1,5 voltios.
Como prueba de concepto, probaron el DART en un modelo de ratón de diabetes de tipo 1. Implantaron células humanas modificadas en la espalda de los roedores y estimularon las células mediante dos agujas de acupuntura colocadas cerca del lugar de implantación. Las agujas se conectaron a las pilas mediante un cable, cuyo extremo se enchufó a un simple interruptor de alimentación.
La corriente eléctrica circuló por las agujas y desencadenó un pequeño estrés oxidativo en las células de diseño, lo que significa que provocó una ligera acumulación de moléculas reactivas denominadas especies reactivas de oxígeno (ROS). Estas moléculas fueron detectadas por un sensor molecular integrado en las células.
El sensor, diseñado para funcionar como un factor de transcripción (una proteína que se adhiere al ADN para "encender" o "apagar" un gen), se unió a un punto designado del ADN de la célula y, a su vez, activó el gen de interés, el gen de la insulina. Las células humanas fueron modificadas genéticamente para expresar o activar el gen de interés sólo si los niveles de ROS producidos por la corriente eléctrica eran lo suficientemente altos, y cuando los ROS se disipan, el gen se "apaga".
Estimular las células de diseño durante sólo 10 segundos una vez al día bastó para inducir la expresión génica y desencadenar una liberación de insulina suficiente para restablecer los niveles normales de glucosa en sangre en los ratones de laboratorio.
Fussenegger dijo a Live Science que cree que esta nueva interfaz electrogenética es "un completo cambio de juego".
"Es una tremenda aplicación de la electrogenética", una técnica que utiliza "medios electrónicos para activar la expresión de genes específicos", declaró a Live Science William Bentley, biólogo sintético y profesor de la Universidad de Maryland que no participó en la investigación.
El laboratorio de Fussenegger diseñó anteriormente un dispositivo electrogenético que utilizaba corriente alterna (CA) a alto voltaje para activar las células, pero requería demasiada energía para ser adecuado para los wearables. Según Bentley, el nuevo estudio demuestra que el control electrónico de la expresión génica no requiere mucha potencia ni dispositivos sofisticados. "Es un avance significativo".
Bentley, pionero de esta tecnología y acuñador del término "electrogenética", añadió que el trabajo aún "representa sólo la punta del iceberg en cuanto a comunicación electrónica con la biología y control de ésta". El equipo de Bentley demostró por primera vez el control electrónico de la expresión génica en experimentos con células bacterianas manipuladas, pero este nuevo estudio es el primero que regula a distancia la expresión génica en un mamífero mediante un dispositivo alimentado por corriente continua.
Fussenegger cree que, algún día, esta tecnología no sólo se integrará en los wearables, sino que también vinculará los metabolismos de las personas a "un internet del cuerpo". Esto significaría que los médicos podrían intervenir a distancia, desde cualquier parte del mundo, afirmó. Sin embargo, con el tiempo los dispositivos podrían programarse para detectar y ajustar automáticamente el nivel de azúcar en sangre, de modo que "los humanos ya no tendrían nada que hacer", añadió Fussenegger.
Sin embargo, integrar esta tecnología en los relojes inteligentes puede no ser sencillo, advirtió Bentley. Una de las limitaciones es que aún se necesitan las células de ingeniería implantadas debajo de la pulsera, lo que puede desanimar a algunas personas, dijo.
Fussenegger reconoce que aún queda mucho camino por recorrer. Los próximos pasos consistirían en probar esta interfaz electrogenética en ensayos clínicos con humanos antes de poder comercializarla e integrarla en wearables.
