implantes insulina
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| Un cristal de insulina visto bajo un microscopio óptico. Las personas con diabetes tipo 1 no producen suficiente insulina, lo que ayuda a controlar los niveles de azúcar en la sangre. Fuente: Alfred Pasieka/Science Photo Library |
Las células humanas que han sido diseñadas para responder a una corriente eléctrica podrían incorporarse en futuros dispositivos médicos.
03 agosto 2023.- Las células humanas modificadas genéticamente que producen insulina cuando son estimuladas por una pequeña corriente eléctrica podrían usarse algún día para desarrollar mejores tratamientos para la diabetes tipo 1.
Los investigadores generaron células que experimentan una reacción en cadena en respuesta a especies reactivas de oxígeno (ROS), radicales inestables que contienen oxígeno producidos cuando se aplica una corriente, que finalmente activa el gen necesario para producir insulina.
En un experimento de prueba de concepto, luego implantaron las células modificadas en ratones y demostraron que las células liberaban insulina cuando se aplicaba una corriente con agujas de acupuntura electrificadas.
Los hallazgos, publicados en Nature Metabolism el 31 de julio, ofrecen la esperanza de que esta tecnología algún día pueda incorporarse a los implantes médicos. La técnica “puede usar baterías normales y voltajes más bajos que son compatibles con dispositivos implantables”.
Interruptor de gen eléctrico
La idea de usar electricidad para controlar procesos biológicos ha existido desde la década de 1980, cuando los investigadores comenzaron a desarrollar el concepto usando microbios. Los investigadores han estado trabajando en células humanas con miras a desarrollar “una interfaz entre el mundo eléctrico y el mundo genético”. Esto podría usarse para atacar enfermedades genéticas activando o desactivando genes específicos en las células implantadas, lo que les permite administrar proteínas cruciales.
Por ejemplo, las personas con diabetes tipo 1 producen poca o ninguna insulina, una hormona clave responsable del control de los niveles de azúcar en la sangre del cuerpo. La capacidad de estimular a las células para que produzcan insulina a demanda podría ayudar a las personas con esta afección a evitar la hiperglucemia, cuando los niveles de azúcar en la sangre se vuelven peligrosamente altos.
Los autores del estudio diseñaron células productoras de insulina que podrían activarse eléctricamente manipulando su respuesta a ROS. Estas moléculas tóxicas se producen de forma natural durante el metabolismo celular, pero su formación también se puede inducir aplicando una corriente continua a las células.
A niveles bajos, ROS puede funcionar como una molécula de señalización importante y un regulador crítico de la expresión génica. Pero durante el estrés oxidativo, cuando las ROS están en exceso, pueden atacar a otras moléculas y alterar el funcionamiento normal. Para evitar esto, las células normalmente producen proteínas antioxidantes para neutralizar las ROS.
En las células modificadas, los investigadores 'disfrazan' el gen que produce insulina colocándolo después de una secuencia promotora sintética, una región de ADN asociada con genes productores de antioxidantes que se activan en respuesta a ROS. La secuencia comprendía "elementos de respuesta antioxidante" repetidos que mejoran de forma natural la expresión de proteínas antioxidantes durante el estrés oxidativo.
Implante de insulina
Una vez que los autores demostraron que este enfoque podía funcionar, fueron un paso más allá e incorporaron las células humanas reprogramadas en un dispositivo que implantaron en ratones con hiperglucemia. Administraron corriente a las células, que se encontraban en una cápsula justo debajo de la piel, utilizando agujas de acupuntura. Cuando se estimuló el dispositivo, los niveles de insulina en sangre de los animales aumentaron y sus niveles de azúcar en sangre se normalizaron. La cantidad de insulina liberada podría controlarse variando la duración y la fuerza de la corriente.
El equipo espera que algún día este sistema pueda adaptarse a dispositivos médicos portátiles controlados por una computadora o un teléfono inteligente.
Pero la tecnología aún se encuentra en una etapa temprana y se necesita más trabajo antes de que pueda probarse en personas. Aún es demasiado pronto para contemplar aplicaciones terapéuticas. Los científicos señalan que el próximo paso es estudiar la tecnología en diferentes modelos de ratones con tamaños de muestra más grandes. Esto se espera ayudará a “brindar una imagen completa” de las posibles aplicaciones del sistema.
Fuente: Huang, J., Xue, S., Buchmann, P. et al. An electrogenetic interface to program mammalian gene expression by direct current. Nat Metab (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7
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