El organismo regula su metabolismo de forma precisa y continua, con células especializadas en el páncreas que controlan constantemente la cantidad de azúcar en la sangre, por ejemplo. Cuando el nivel de azúcar en sangre aumenta después de una comida, el organismo pone en marcha una cascada de señales para reducirlo.
Pero en las personas que padecen diabetes, este mecanismo regulador ya no funciona exactamente como debería. Al tener demasiado azúcar en la sangre, necesitan medir su nivel de azúcar e inyectarse insulina para regularlo. Se trata de un método relativamente impreciso en comparación con el mecanismo propio del organismo.
El catedrático de Biotecnología y Bioingeniería en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH de Zúrich (Basilea), Martin Fussenegger, teniendo en cuenta esta situación, lleva tiempo trabajando junto a su equipo en terapias celulares con la esperanza de que algún día estas terapias permitan tratar enfermedades metabólicas como la diabetes de forma individual y precisa, o incluso curarlas.
“Esta solución es el mejor interruptor génico que mi grupo y yo hemos construido hasta ahora"
Para explicar cómo funcionan estas terapias celulares, los investigadores indican que se modifican células humanas incorporándoles una red de genes que les confieren capacidades especiales. Estas células se implantan bajo la piel, por ejemplo, y la red se activa mediante un estímulo externo específico.
UN INTERRUPTOR ADECUADO ES LA CLAVE
Para ello, los investigadores han desarrollado en los últimos años varios tipos de interruptores. Algunos pueden controlarse eléctricamente, otros con luz, y uno incluso utilizando la música de la banda de rock británica Queen (véase ETH News). Los investigadores de Basilea han desarrollado ahora otra variante, que han presentado en la página externa de la revista Nature Biomedical Engineering.
"Para mí, esta solución es el mejor interruptor génico que mi grupo y yo hemos construido hasta ahora", afirma Fussenegger. La razón es que el interruptor puede activarse utilizando el ingrediente activo de larga tradición, la nitroglicerina, y que el medio de aplicación -adherir un parche a la piel- es muy sencillo. Los parches correspondientes ya se pueden comprar en varios tamaños en cualquier farmacia. La nitroglicerina se difunde rápidamente del parche a la piel, donde se encuentra con un implante que contiene células renales humanas modificadas.
RED ACTIVADA POR EL ÓXIDO NÍTRICO
Estas células interceptan específicamente la nitroglicerina y llevan incorporada una enzima que la convierte en óxido nítrico (NO), una molécula de señalización natural. En el organismo, el NO normalmente provoca la dilatación de los vasos sanguíneos, lo que aumenta el flujo sanguíneo. Se descompone en pocos segundos y, por tanto, sólo afecta a una zona muy localizada.
Las células implantadas se modifican para que el no desencadene la producción y liberación del mensajero químico GLP-1, que a su vez estimula la liberación de insulina por las células beta del páncreas y regula así el nivel de azúcar en sangre. El GLP-1 también provoca sensación de saciedad, reduciendo así la ingesta de alimentos.
"Es una característica nueva e innovadora"
El nuevo interruptor está fabricado exclusivamente con componentes humanos, es decir, no contiene componentes de otras especies. "Es una característica nueva e innovadora", afirma Fussenegger. Con componentes de otras especies, siempre existe el riesgo de que se produzcan falsas activaciones, interferencias con los procesos propios del organismo o reacciones inmunitarias. "Aquí, somos capaces de descartar eso".
TODO UN ARSENAL DE INTERRUPTORES
En los últimos 20 años, el profesor de la ETH ha desarrollado varios interruptores genéticos diferentes, algunos de los cuales responden a desencadenantes físicos como la corriente, las ondas sonoras o la luz. "Los activadores físicos son interesantes porque no necesitan moléculas que interfieran en los procesos del propio organismo", afirma el biotecnólogo. Explica que las señales eléctricas son ideales para controlar interruptores y redes de genes mediante dispositivos electrónicos portátiles, como smartphones o smartwatches, y que también se puede incorporar la IA. "Por eso creo que las terapias celulares electrogenéticas tienen las mejores posibilidades de aplicación. En cuanto a los interruptores químicos, considero que la nueva solución está en primera posición", afirma Fussenegger.
Sin embargo, el desarrollo de estas terapias celulares basadas en interruptores genéticos es un proceso complejo y largo. "Desarrollar una terapia celular hasta su madurez comercial no sólo lleva décadas, sino que también requiere mucho personal y recursos suficientes", afirma el investigador. "No hay atajos", añade.
Hasta ahora, el trabajo de Fussenegger se ha centrado principalmente en terapias celulares para la diabetes, que es una de las enfermedades metabólicas más prevalentes del mundo y afecta a una de cada diez personas. "Es la enfermedad modelo con la que trabajamos. Fundamentalmente, sin embargo, también es posible desarrollar terapias celulares para otras enfermedades metabólicas, autoinmunes o incluso neurodegenerativas; en principio, para todo lo que requiera una regulación dinámica." Según Fussenegger, muchos fármacos son como un martillo que se utiliza para golpear un problema a ciegas. "Las terapias celulares, en cambio, resuelven el problema de forma similar a como lo hace el cuerpo", afirma.