Científicos israelíes han creado un método para convertir células humanas en sistemas programables de «toma de decisiones», lo que les permite evaluar múltiples señales biológicas simultáneamente antes de responder. Este avance podría impulsar significativamente el desarrollo de tratamientos médicos de última generación, en los que las células modificadas genéticamente diagnostican enfermedades desde el interior del organismo y administran terapia dirigida solo cuando es necesario.
Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem han desarrollado un método para transformar células humanas en sistemas programables de “toma de decisiones” que pueden procesar y responder a múltiples señales biológicas simultáneamente. El avance se acerca un paso más a lo que los investigadores describen como terapias vivas programables.
Los científicos llevan mucho tiempo intentando diseñar células que puedan reconocer enfermedades y responder automáticamente. Sin embargo, los circuitos genéticos tradicionales tienden a volverse menos eficientes a medida que se vuelven más complejos. Cada capa agregada de “lógica” genética introduce ruido biológico, lo que reduce la confiabilidad y hace que dichos sistemas sean difíciles de escalar para uso clínico.
El nuevo enfoque, desarrollado por la estudiante de doctorado Keren Roas y el Dr. Lior Nissim, aborda esta limitación al reducir la cantidad de pasos genéticos necesarios para la toma de decisiones celular. En lugar de depender de largas cadenas de reacciones secuenciales, el sistema utiliza el transempalme de ARN, un proceso celular natural en el que se unen fragmentos de mensajes genéticos. Los investigadores combinaron esto con elementos reguladores diseñados que funcionan como procesadores biológicos compactos.
Al reestructurar la forma en que se procesan las instrucciones genéticas, el sistema permite a las células evaluar múltiples señales biológicas al mismo tiempo en lugar de una tras otra. En términos prácticos, una célula puede evaluar varias condiciones en paralelo y responder solo cuando está presente la combinación correcta, lo que mejora la eficiencia y reduce la cantidad de componentes genéticos necesarios.
Para demostrar el concepto, el equipo construyó dispositivos biológicos que imitan elementos básicos de los sistemas informáticos. Estos incluían un “sumador completo” biológico, capaz de realizar aritmética binaria, y un “multiplexor” biológico que selecciona entre diferentes señales de entrada. Se utilizaron proteínas fluorescentes para visualizar las salidas dentro de las células vivas, lo que permitió a los investigadores observar los circuitos diseñados funcionando en tiempo real.
El sistema también incorpora un mecanismo de seguridad incorporado: si una celda detecta una configuración no válida o sobrecargada, produce una señal de advertencia. Los investigadores dicen que esta característica podría ayudar a identificar errores y mejorar el control en futuras aplicaciones experimentales y terapéuticas.
Los investigadores enfatizaron que el sistema aún se encuentra en una etapa experimental y aún no ha sido probado en entornos clínicos.
El enfoque podría tener aplicaciones futuras en la terapia dirigida contra el cáncer, en la que se programarían células diseñadas para reconocer combinaciones específicas de señales relacionadas con el tumor antes de liberar una respuesta terapéutica. Esta activación condicional podría ayudar a reducir el daño al tejido sano en comparación con algunos tratamientos convencionales.
En la investigación de inmunoterapia, el equipo demostró una versión del sistema en el que las células estaban programadas para producir interleucina-15 (IL-15), una proteína que mejora la actividad de las células inmunitarias que combaten el cáncer. Las iteraciones futuras podrían permitir una activación inmune más precisa, limitando la estimulación innecesaria en otras partes del cuerpo.
Otra posible aplicación es la administración localizada de fármacos. En lugar de distribuir medicamentos de forma sistémica, las células diseñadas podrían funcionar como sensores internos y unidades de producción, generando moléculas terapéuticas sólo cuando se detectan enfermedades específicas en su entorno inmediato.
Los investigadores sugieren que este enfoque podría, a la larga, facilitar el desarrollo de medicamentos diseñados de forma similar a un software, en el que un «código» biológico dirija a las células vivas para diagnosticar y tratar enfermedades. Sin embargo, recalcan que el trabajo aún se encuentra en fase experimental.
El estudio se publicó en la revista científica Nature Communications.
