Los implantes con los que compartiremos cuerpo

La ingeniera Rabia Tugce habla de uno de sus experimentos más exitosos: la creación de una píldora que combina circuitos electrónicos y bacterias modificadas genéticamente, todo recubierto por un material transparente diseñado para sobrevivir al hostil entorno de los intestinos y que sirve para detectar sangre allí donde no debería haberla.

Las bacterias transgénicas han sido modificadas para detectar la proteína heme de la sangre y producir una proteína fluorescente si la encuentran. Un sensor óptico adherido a la píldora capta esa señal lumínica y la traduce a un lenguaje digital de unos y ceros para componer un mensaje que se emite luego al exterior usando un dispositivo de comunicación inalámbrica similar al wifi. En el exterior, el equipo de Tugce recibe ese mensaje y sabe que hay una hemorragia en el estómago o el intestino.

Este invento es un ejemplo de los nuevos implantes biomiméticos que se están desarrollando con la idea de tratar diferentes enfermedades o diagnosticarlas antes de que sea demasiado tarde. Por ahora Tugce ha probado su dispositivo en cerdos, en los que ha demostrado una precisión de entre el 80% y el 100%. Su idea es probar si un dispositivo similar puede usarse en humanos que sufren la enfermedad de Crohn y otras dolencias inflamatorias. Antes de comenzar pruebas en pacientes el equipo quiere reducir el tamaño del dispositivo —sus dimensiones son de dos por tres centímetros, por lo que es aún más un supositorio difícil de tragar que una pequeña pastilla— y conseguir que pueda funcionar con menos energía.

Aunque el dispositivo está a años de hacerse realidad como intervención, Tugce cree que este tipo de tecnología “hará que en un futuro se dejen de hacer endoscopias y colonoscopias, que son intervenciones más invasivas y molestas”. “La idea es tener varias píldoras, una para cada aplicación”, resalta la investigadora, que ha visitado Madrid para intervenir en un simposio sobre este tipo de implantes organizado por la Fundación Ramón Areces.

George Malliaras, de la Universidad de de Cambridge (Reino Unido, desarrolla dispositivos que hablan el mismo “idioma” que el cerebro. “La electrónica es la tecnología más avanzada que ha desarrollado la humanidad, pero hacerla compatible con la biología es un reto enorme”, explica. “Los aparatos electrónicos son rígidos y se comunican con flujos de electrones. En biología, en cambio, la comunicación de las células, los órganos, los tejidos, es un complejo sistema de señales con biomoléculas y lípidos. Necesitamos conectar esos dos mundos”, detalla.

El equipo de Malliaras ha desarrollado un nuevo tipo de sensor con electrodos que se pega a la superficie exterior del cerebro y es capaz de grabar la actividad de neuronas individuales, aunque estén en capas interiores del órgano, lo que supone un avance muy importante pues hasta ahora este tipo de técnicas requerían implantar el sensor en el interior del cerebro.

El equipo de Malliaras ha demostrado la efectividad de su dispositivo en pacientes que se sometieron a cirugía cerebral para tratar su epilepsia. El siguiente paso es desarrollar dispositivos similares que no solo sean capaces de leer la actividad de una o más neuronas sino detectar en ella un patrón muy determinado que anuncia un ataque epiléptico y segregar fármacos capaces de evitarlo. Es algo que su equipo ya ha demostrado en ratones. “Estos implantes cerebrales se podrían usar para tratar la epilepsia, el párkinson y el dolor neuropático. El gran premio es evitar el alzhéimer, que afecta a un gran número de personas, pero por el momento no hay ninguna forma clara de conseguir hacerlo con dispositivos bioelectrónicos”, reconoce.

El experto en biología sintética Marc Güell, de la Universidad Pompeu Fabra, trabaja en otro tipo de implantes: microbios cuyo genoma ha sido modificado para reprogramar su comportamiento y lograr que funcionen como vigías de lo que sucede en un tejido. Para ello utiliza la bacteria Cutibacterium acnes, que en ocasiones provoca acné, pero que en otras puede ser una buena aliada. “Como estas bacterias llevan milenios viviendo con nosotros, saben escucharnos muy bien. Muchas de ellas tienen receptores para factores inmunes y hormonas como adrenalina y cortisol. Lo que intentamos es reconectar sus circuitos biológicos para que por ejemplo segreguen una proteína fluorescente y que nosotros podamos ver y saber qué está pasando, controlar el proceso”, resume Güell. Se trata de un trabajo en sus etapas más iniciales, pero el investigador apunta de que la idea es generar cepas de bacterias que no solo sean capaces de leer lo que sucede en la piel, sino también de segregar sustancias, por ejemplo un antiinflamatorio.

Las bacterias modificadas también pueden ser grabadoras de lo que sucede en un tejido. La técnica de edición genética CRISPR permite detectar qué genes se están transcribiendo en cada momento e incluso saber cuándo la célula ha reaccionado a la presencia de virus o compuestos tóxicos. El problema es que esa información se pierde al poco tiempo, pues las moléculas involucradas se descomponen. Equipos como el de Güell, inspirados en otros como el de Randall Platt, en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, trabajan en una grabadora de CRISPR capaz de revertir el proceso de transcripción genética —de ADN a ARN y después a proteína— de forma que se pasa de ARN a ADN y este queda grabado y almacenado en el genoma de la bacteria en cuestión. Esos registros pasan además de generación en generación. Aunque se trata de aplicaciones aún lejanas, este tipo de organismos podría funcionar como vigías ante toxinas medioambientales e incluso permitir nuevos métodos de diagnóstico.

En un estudio con ratones publicado hace unos días en Science Translational Medicine, un equipo de la Universidad de Columbia (EE UU) describió la efectividad contra tumores líquidos y sólidos de unas bacterias “programables” cuyo genoma había sido modificado para que puedan mantenerse en el tumor y segreguen moléculas que aumentan la eficacia de la inmunoterapia.