Crédito: Federico Beccari en Unsplash.

Bioingeniería: desarrollan un dispositivo bioelectrónico que puede regular los genes desde afuera del cuerpo

29 de mayo de 2020 | Por Molly Campbell, Escritora Científica, Redes Tecnológicas


Suena a ciencia ficción, ¿verdad?

Un equipo de investigadores dirigido por Martin Fussenegger,profesor de biotecnología y bioingeniería del Departamento de Biosistemas de Ciencias e Ingeniería de Basilea, ha publicadoel primer estudio que explora cómo la expresión génica puede activarse y regularse directamente mediante señales eléctricas.

El estudio, publicado en la revista Science, describe el prototipo de dispositivo de los investigadores que se está probando en ratones, donde establecieron que funciona “perfectamente”. “Hemos querido controlar directamente la expresión génica utilizando electricidad durante mucho tiempo; ahora finalmente hemos tenido éxito”, dijo Fussenegger.

Las células de diseño son un punto focal emergente de la biología sintética, preparadas con el potencial para producir o entregar terapias en el momento justo. Colectivamente, el equipo de investigación tiene una gran experiencia en la creación de redes genéticas e implantes sintéticos que son capaces de responder a ciertos estados fisiológicos en el cuerpo, tales como diferentes niveles de lípidos en la sangre o niveles de azúcar en la sangre. Se ha demostrado que estas redes responden a estímulos bioquímicos, además de estímulos externos, como la luz. ¿Pero qué hay de la electricidad?

Un dispositivo bioelectrónico futurista

Ese fue el siguiente desafío. Fussenegger y su equipo han diseñado un dispositivo bioelectrónico compuesto por varios componentes, incluyendo una placa de circuito impreso y una cápsula que contiene células humanas, creadas por ingeniería,para que respondan a la despolarización de la membrana, liberando rápidamente insulina de las vesículas de almacenamiento intracelular. Conectar estos dos componentes eraun paso mínimo. El dispositivo bioelectrónico se implanta y una señal de radio fuera del cuerpo activa la electrónica dentro del dispositivo, éste posteriormente transmite una señal directamente a las células. La señal activa una inversión de carga en la membrana celular, por lo que los iones de calcio fluyen hacia el interior de la célula, y los iones de potasio fluyen hacia fuera. La reversión de carga temporal activa el gen productor de insulina, y como resultado la insulina se transporta a la membrana donde luego se libera.

En este estudio, los investigadores probaron su dispositivo en un modelo de ratón de diabetes tipo 1, implantándolo por vía subcutánea, y encontraron que el sistema de liberación vesicular disparado electrónicamente podría restaurar los niveles normales de glucosa en sangre en tiempo real, con los niveles de insulina alcanzando su punto máximo en 10 minutos.

Los investigadores sostienen que, teóricamente, el dispositivo podría ser implantado en el cuerpo de un individuo diabético y conectado a una aplicación en su teléfono inteligente. Una vez que el paciente ingiere alimentos y sus niveles de azúcar en la sangre comienzan a aumentar, podrían utilizar la aplicación en su teléfono para activar una señal eléctrica, y poco tiempo después las células podrían ser activadas para liberar la cantidad necesaria de insulina para regular los niveles de glucosa en sangre del paciente.

Internet del cuerpo

Fussenegger cree que hay una serie de ventajas para el último desarrollo del equipo: “Nuestro implante podría estar conectado al universo cibernético", dijo. “Los médicos o pacientes podrían utilizar una aplicación para intervenir directamente y desencadenar 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 plenamente en el mundo digital y formar parte del Internet de las cosas, o incluso del Internet del Cuerpo”, sostiene Fussenegger.

Es fácil emocionarse con esta perspectiva, pero el dispositivo es novedoso, y una miríada de consideraciones deben tenerse en cuenta antes de que esto se acerque incluso a los seres humanos.

En primer lugar, es bien sabido que los dispositivos eléctricos tienen el riesgo de ser hackeados. Con este fin, Fussenegger dice: “La gente ya usa marcapasos que teóricamente son vulnerables a los ciberataques, pero estos dispositivos tienen suficiente protección. Eso es algo que también tendríamos que incorporar en nuestros implantes”.

Además, el dispositivo interactúa con la genética y, como han demostrado las herramientas de ingeniería CRISPR y genómica, esto no se toma a la ligera desde el punto de vista de la seguridad y reglamentación. Los científicos tendrán que llevar a cabo más investigaciones para confirmar que no se causa ningún daño a las células y a los genes dentro de esas células, y para determinar cuál es la corriente eléctrica máxima que se puede adoptar.

Por último, en términos de logística, ¿cómo se reemplazarán las células del implante? El trabajo actual del equipo sugiere que esto es algo que tendría que hacerse cada tres semanas. ¿Qué tan práctico sería esto?

Este artículo ha sido reeditado para adecuar su longitud y contenido.

Referencias: Krawcyzk et al. (2020). Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice. Science. DOI: 10.1126/science.aau7187