La biología sintética se está convirtiendo cada vez más en una nueva aliada de la medicina. En los últimos años hemos asistido al desarrollo de bacterias diseñadas contra el cáncer o tatuajes biomédicos que detectan diferentes tipos de tumores. Si bien se desconoce el tiempo que tardarán estás interesantes aplicaciones en ser optimizadas, validadas y quizás implementadas en la práctica clínica, lo cierto es que de momento son inteligentes estrategias que utilizan el conocimiento de las bases moleculares fisiológicas para resolver necesidades biomédicas.
El equipo de Martin Fussenegger del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas en la Escuela Técnica de Zurich en Basilea es pionero en el desarrollo de circuitos genéticos sintéticos con aplicaciones biomédicas. El último de ellos, testado en ratones, es capaz de regular los niveles de azúcar en sangre en respuesta a la cafeína, lo que lo convierte en una herramienta de gran potencial para el tratamiento de la diabetes de tipo 2, enfermedad que afecta a más de 400 millones de personas en todo el mundo.
¿Cómo funciona el circuito diseñado por los investigadores y cómo puede ser utilizado como herramienta frente a la diabetes?
El primer paso de los investigadores fue diseñar células de mamífero sensibles a la cafeína a concentraciones fisiológicas. Para ello introdujeron en las células un anticuerpo que es sensible a la cafeína y forma dímeros en su presencia y lo fusionaron a los dominios de señalización de diferentes receptores celulares. A continuación, el equipo probó el sistema de detección de cafeína con diferentes productos comerciales, que incluían conocidas bebidas con cafeína y capsulas de café con y sin cafeína. Estas últimas son especialmente útiles ya que mantienen constante su composición y la única diferencia entre ambos tipos es la presencia de cafeína. De este modo obtuvieron el rango de acción del circuito, que funciona a concentraciones comprendidas entre 0 y 4.8 gramos por litro, y confirmaron que se activa únicamente en respuesta a la cafeína y no a otro producto del café.
El siguiente paso de los investigadores fue evaluar la eficiencia y potencial terapéutico del sistema en un organismo vivo. Para ello, el equipo añadió un componente más al circuito que hacía que las células de mamífero sensibles a la cafeína produjeran un péptido que estimula la secreción de insulina conocido como GLP1 o péptido análogo del glucagón. Una vez obtenidas estas células de diseño, los investigadores inocularon pequeños implantes de las mismas en ratones modelo con obesidad inducida por la diabetes tipo 2. Además de reducir su peso, los ratones tratados mostraron niveles de metabolismo de glucosa cercanos a la normalidad, sin un impacto observable en otras características.
Ventajas y perspectivas de los implantes celulares sensibles a cafeína
Los resultados del trabajo ofrecen una forma de regular los niveles de glucosa en sangre mediante el consumo de cafeína, un compuesto barato, fácil de sintetizar y presente en múltiples productos de consumo. “Podría integrarse completamente en el estilo de vida”, manifiesta Martin Fussenegger a The Guardian. “Y tomar un té o un café por la mañana, otro en la comida y otro en la cena, dependiendo de cuánto fármaco se necesita para reducir la glucosa”.
El circuito diseñado por los investigadores es fácilmente adaptable. Existen receptores de diferente sensibilidad a la cafeína, por lo que el sistema podría adaptarse a las necesidades o diferente consumo de los usuarios.
Otra de las ventajas del circuito es que no altera el estilo de vida de los pacientes. Cuando una aplicación o dispositivo terapéutico modifica los hábitos del paciente, puede comprometer su calidad de vida o lo que es más importante, hacer que sea más difícil continuar con el tratamiento. En este caso, los pacientes únicamente tendrían que consumir productos con cafeína.
Los investigadores confían en que el sistema pueda convertirse en un tratamiento viable para la diabetes. Imagen: Pixabay.
La integración en la práctica clínica de los implantes de células modificadas que reaccionan frente a la cafeína y producen un compuesto que induce la síntesis de insulina y regulación de los niveles de glucosa no ocurrirá a corto plazo. Antes de plantear su utilización en pacientes será necesario optimizar el sistema, desarrollar las pruebas de seguridad y eficacia y testar los implantes en ensayos clínicos. Fussenegger considera que serán necesarios 10 años para llegar a ese punto. En cualquier caso, el investigador se muestra optimista, y confía en que el sistema pueda convertirse en un tratamiento viable que sustituya a las inyecciones de insulina que requieren los pacientes en la actualidad.
Referencia: Bojar D, et al. Caffeine-inducible gene switches controlling experimental diabetes. Nat Comm. Doi: https://doi.org/10.1038/s41467-018-04744-1
Imagen superior: El sistema diseñado ofrece una forma de regular los niveles de glucosa en sangre mediante el consumo de cafeína. Imagen: Pixabay.
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