Desarrollo de herramientas de bioingeniería en pos de mejorar la salud neurológica
La epilepsia es un trastorno neurológico grave del sistema nervioso central, caracterizado por crisis recurrentes, y es uno de los más comunes a nivel mundial, ya que afecta a cerca de sesenta millones de personas. «Sigue habiendo necesidades urgentes e insatisfechas para el tratamiento de este tipo de trastorno neurológico», explica la coordinadora del proyecto PRIME(se abrirá en una nueva ventana), Deirdre Kilbane, del Instituto Walton(se abrirá en una nueva ventana) en la Universidad Tecnológica del Sureste(se abrirá en una nueva ventana) (SETU, por sus siglas en inglés) (Irlanda).
Sistemas autónomos implantables de células vivas
El proyecto PRIME se puso en marcha para solventar estas carencias con una nueva técnica pionera. El objetivo era desarrollar un sistema autónomo implantable de células vivas capaz de detectar y suprimir crisis epilépticas. Para ello, contó con la colaboración de siete socios internacionales especializados en diversas disciplinas, como biología sintética, informática, ingeniería de comunicaciones y nanomedicina. La idea es que estas células, implantadas en el cerebro, puedan predecir las crisis epilépticas y liberar moléculas terapéuticas al instante. En este sentido, se prestó especial atención a la capacidad para modelizar y simular las rutas de comunicación molecular implicadas en la aparición de una crisis epiléptica. Esta iniciativa fue dirigida por el Instituto Walton de la SETU. El equipo de la Universidad de Aarhus se centró en la regulación de la expresión génica y la aparición de crisis epilépticas, mientras que en el Real Colegio de Cirujanos de Irlanda se examinaron el diseño molecular, la implantación y la validación funcional de neuronas modificadas mediante ingeniería genética. En la Universidad de Ferrara, los científicos trabajaron en la genomodificación de células de mamíferos para dotarlas de funciones de computación molecular. Los socios del proyecto de la Universidad de Tampere aportaron sus conocimientos especializados en microfabricación, tecnología de membranas y encapsulación de células para biocomputación. Por su parte, omiics contribuyó con sus conocimientos en secuenciación de ARN con bajas cantidades de muestra y análisis bioinformático, mientras que EPOS-IASIS ofreció su saber en nanofabricación, nanomateriales, nanomedicina y tecnologías genéticas.
Inteligencia artificial para optimizar la respuesta y el rendimiento
La colaboración entre distintas disciplinas dio lugar a importantes avances, como el desarrollo de simulaciones para la comunicación molecular, la modificación de células y el diseño de dispositivos implantables. Un prototipo de herramienta de diseño para células modificadas utiliza inteligencia artificial (IA) e integra simulaciones de comunicación molecular basadas en modelos biofísicos y de mecánica estadística. «Los grandes conjuntos de datos experimentales obtenidos en cada fase de desarrollo posibilitaron utilizar la IA para predecir con precisión la respuesta y el rendimiento y optimizarlos», comenta Kilbane. Los socios lograron diseñar células ARPE-19 de mamífero con funciones de computación molecular, capaces de detectar señales relacionadas con las convulsiones (ARN de transferencia) y desencadenar la liberación de una molécula terapéutica (factor neurotrófico derivado de células gliales.). La investigación efectuada en el proyecto ha dado lugar a una docena de publicaciones, entre ellas un artículo(se abrirá en una nueva ventana) reciente en el que se describen algunos de los trabajos realizados para desarrollar modelos de propagación de la comunicación molecular y dispositivos biosensores implantables.
Diagnóstico y seguimiento de trastornos neurológicos
Los socios del consorcio PRIME continúan recopilando resultados y hacer análisis. Los próximos pasos incluyen hacer pruebas «in vivo» para garantizar que el equipo pueda alcanzar sus objetivos principales. «Ha sido un proyecto innovador caracterizado por la estrecha colaboración entre los socios —comenta Kilbane—. Esperamos continuar con nuestro trabajo en curso durante los últimos meses de PRIME». En conjunto, el proyecto representa todo un hito en la mejora de la vida de las personas con epilepsia y otros trastornos neurológicos crónicos. De hecho, el concepto de implantar células artificiales programables que imiten circuitos informáticos electrónicos podría aplicarse también al tratamiento de otros trastornos neurológicos. «Las innovaciones creadas en PRIME podrían revolucionar el diagnóstico y el seguimiento de los trastornos neurológicos gracias a la detección eficaz de biomarcadores —concluye Kilbane—. Hemos avanzado considerablemente hacia el desarrollo de herramientas de bioingeniería para mejorar la salud neurológica».
