Usar el estímulo eléctrico para regular los genes
Base para los implantes médicos que pueden ser activados y desactivados usando dispositivos electrónicos fuera del cuerpo
Un equipo de investigadores dirigido por el profesor de la ETH Martin Fussenegger ha logrado utilizar por primera vez una corriente eléctrica para controlar directamente la expresión de los genes. Su trabajo proporciona la base para los implantes médicos que pueden ser activados y desactivados utilizando dispositivos electrónicos fuera del cuerpo.
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 utilizar una aplicación en su teléfono inteligente para activar una señal eléctrica, o puede preconfigurar la aplicación para que lo haga automáticamente si la comida ha sido introducida con antelación. Poco después, las células liberan la cantidad necesaria de insulina producida para regular el nivel de azúcar en la sangre del paciente. Esto puede sonar a ciencia ficción pero pronto podría convertirse en realidad (Imagen simbólica).
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Esquema del proceso
Katja Schubert / nach Krawczyk K et al., Science 2020
Así es como funciona. Se implanta en el cuerpo de un diabético un dispositivo que contiene células productoras de insulina y una unidad de control electrónico. Tan pronto como el paciente come algo y su nivel de azúcar en la sangre aumenta, puede utilizar una aplicación en su teléfono inteligente para activar una señal eléctrica, o puede preconfigurar la aplicación para que lo haga automáticamente si la comida ha sido introducida con antelación. Poco después, las células liberan la cantidad necesaria de insulina producida para regular el nivel de azúcar en la sangre del paciente.
Esto puede sonar como ciencia ficción pero pronto podría convertirse en realidad. Un equipo de investigadores dirigidos por Martin Fussenegger, Profesor de Biotecnología y Bioingeniería del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Biosistemas en Basilea, ha presentado su prototipo de tal implante en un nuevo artículo en la revista Science. Su estudio es el primero en examinar cómo la expresión de los genes puede ser directamente activada y regulada usando señales eléctricas. Al probar su enfoque en ratones, los investigadores establecieron que funcionaba perfectamente.
Los científicos de Basilea tienen una gran experiencia en el desarrollo de redes e implantes genéticos que respondan a estados fisiológicos específicos del cuerpo, como niveles de lípidos en la sangre que son demasiado altos o niveles de azúcar en la sangre que son demasiado bajos. Aunque tales redes responden a estímulos bioquímicos, también pueden ser controladas por influencias externas alternativas como la luz. "Hemos querido controlar directamente la expresión de los genes mediante la electricidad durante mucho tiempo; ahora por fin lo hemos conseguido", dice Fussenegger.
Una placa de circuito y un contenedor de células contienen la clave
El implante que los investigadores han diseñado está compuesto de varias partes. Por un lado, tiene un circuito impreso (PCB) que aloja el receptor y la electrónica de control; por otro lado, es una cápsula que contiene células humanas. La conexión del PCB al contenedor de células es un cable diminuto.
Una señal de radio desde el exterior del cuerpo activa la electrónica del implante, que a su vez 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 señales 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: el 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 utilizar una aplicación para intervenir directamente y activar la producción de insulina, algo que también podrían hacer a distancia a través de Internet en cuanto el implante haya transmitido los datos fisiológicos necesarios. "Un dispositivo de este tipo permitiría a las personas integrarse plenamente en el mundo digital y pasar a formar parte de la Internet de las cosas, o incluso de la Internet del cuerpo", dice Fussenegger.
Cuando se trata del riesgo potencial de ataques de hackers, él tiene una visión sensata: "La gente ya lleva marcapasos que son teóricamente vulnerables a los ciberataques, pero estos dispositivos tienen suficiente protección. Eso es algo que también tendríamos que incorporar en nuestros implantes", dice.
Tal y como están las cosas, el mayor desafío que ve es en el lado genético de las cosas. Para asegurar que no se cause ningún daño a las células y a los genes, él y su grupo necesitan llevar a cabo más investigaciones sobre la corriente máxima que puede ser utilizada. Los investigadores también deben optimizar la conexión entre la electrónica y las células.
Y un último obstáculo a superar es encontrar una nueva, más fácil y conveniente manera de reemplazar las células utilizadas en el implante, algo que debe hacerse aproximadamente cada tres semanas. Para sus experimentos, Fussenegger y su equipo de investigadores adjuntaron dos cuellos de relleno a su prototipo con el fin de reemplazar las células; quieren encontrar una solución más práctica.
Antes de que su sistema pueda ser usado en humanos, sin embargo, debe pasar una serie de pruebas clínicas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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