Los investigadores han desarrollado una nueva forma de programar células humanas para que tomen decisiones similares a los pequeños ordenadores. Este avance acerca a los científicos a crear terapias celulares inteligentes y programables que puedan diagnosticar y tratar automáticamente enfermedades dentro del cuerpo.
Los investigadores han desarrollado una forma de programar células humanas para realizar cálculos y tomar decisiones autónomas, similar a cómo funcionan los chips de ordenador.
En un nuevo estudio, la doctoranda Keren Roas y el Dr. Lior Nissim de la Universidad Hebrea crearon sistemas genéticos artificiales dentro de células humanas capaces de procesar información y seguir instrucciones complejas.
En el futuro, este avance podría ayudar a los científicos a desarrollar tratamientos celulares más inteligentes para enfermedades como el cáncer.
¿Por qué importa esto?
Los científicos llevan tiempo queriendo programar células para que reconozcan enfermedades y respondan automáticamente. Sin embargo, construir complejos programas genéticos dentro de las células ha sido difícil debido a la falta de los bloques genéticos necesarios.
Los circuitos genéticos tradicionales funcionan un poco como un edificio alto: cada nueva instrucción requiere otra capa de cálculos dentro de la célula. A medida que el sistema se complica, el rendimiento y la fiabilidad de estos cálculos disminuyen rápidamente.
“Nuestro nuevo enfoque permite a las células llevar a cabo programas complejos utilizando muchos menos cálculos y bloques genéticos”, dijo el Dr. Nissim. “Esto hace posible construir programas biológicos mucho más avanzados sin perder funcionalidad”.
Los investigadores utilizaron un proceso natural llamado trans-empalme de ARN, en el que fragmentos de mensajes genéticos pueden unirse dentro de una célula, y los combinaron con elementos reguladores naturales y artificiales que ellos mismos crearon.
Diseñaron herramientas moleculares especiales que actúan como procesadores biológicos. Se diseñaron elementos genéticos importantes para desencadenar la expresión de genes seleccionados según un programa genético predefinido.
Debido a que varias señales pueden procesarse simultáneamente mediante cálculos complejos, el sistema es mucho más eficiente que los diseños anteriores.
Para demostrar la tecnología, el equipo construyó dispositivos biológicos que funcionan de forma similar a partes de un ordenador.
Un ejemplo fue un “sumador completo” biológico, que puede realizar cálculos binarios simples, similares a la misma unidad de 3 bits en un procesador informático.
Los investigadores también crearon una versión biológica de un multiplexor, un componente electrónico que selecciona una señal entre varias opciones y la envía hacia adelante. Rastrearon estas señales usando proteínas fluorescentes que brillan en diferentes colores.
El sistema incluso incluía una función de seguridad. Si la celda detectaba una configuración inválida o sobrecargada, producía una señal de advertencia especial. En el futuro, esto podría ayudar a prevenir errores en los tratamientos médicos al desencadenar respuestas protectoras.
Posibles usos médicos
La tecnología podría algún día utilizarse para crear células terapéuticas inteligentes que monitoricen constantemente su entorno y respondan en consecuencia.
Por ejemplo, una célula programada podría comprobar varios marcadores de la enfermedad a la vez y liberar un tratamiento solo cuando se detecte una combinación específica. Esto permitiría que las terapias atacaran el tejido enfermo con mayor precisión mientras reducían el daño a las células sanas.
Para demostrar esta idea, los investigadores programaron células para producir Interleucina-15 (IL-15), una proteína del sistema inmunitario que puede ayudar a las células inmunitarias que combaten el cáncer a ser más activas.
Al reducir la cantidad de material genético y energía necesaria para la toma de decisiones celulares, este nuevo sistema proporciona a los científicos un conjunto de herramientas potente y flexible para programar células vivas.
A medida que avanza la tecnología, los medicamentos futuros podrían diseñarse de forma similar a un software, utilizando un “código” biológico para indicar a las células exactamente cuándo y cómo diagnosticar y responder a la enfermedad.
El trabajo de investigación “Modular Scalable Synthetic Gene Circuits for Complex Functions Within Minimal Computational Layers in Human Cells”, está disponible en Nature Communications.
