En desarrollo un implante biónico que produce insulina al ser activado de forma inalámbrica

Amparo Tolosa, Genotipia

 

En el futuro, las personas diabéticas podrían regular sus niveles de azúcar en sangre de forma tan sencilla como es apretar un botón. Investigadores de Escuela Técnica de Zurich en Basilea han desarrollado un implante celular que produce y libera insulina en el organismo cuando es activado desde un dispositivo electrónico remoto.

El equipo de Martin Fussenegger de la Escuela Técnica de Zurich en Basilea lleva años utilizando la biología sintética para desarrollar aplicaciones biomédicas. Su laboratorio ha diseñado desde un circuito que regula los niveles de azúcar en sangre en respuesta a la cafeína, hasta un sistema que convierte ondas cerebrales humanas en señales que regulan la expresión de un gen.

Su última contribución está todavía más cerca de cruzar la delgada línea que separa la ciencia de la ciencia ficción de la realidad. Se trata de un sistema que utiliza señales eléctricas inalámbricas para regular la expresión génica de insulina en implantes celulares.

De momento, los primeros experimentos en ratón son prometedores y el dispositivo restaura los niveles de glucosa normales en animales modelo para la diabetes 1. El equipo confía que una vez incorporadas algunas mejoras, esta aproximación pueda ser utilizada para administrar otro tipo de productos terapéuticos.

Cómo funciona el sistema

El implante que han desarrollado los investigadores es del tamaño de una pequeña moneda y consta de dos elementos empaquetados en una estructura creada por impresión 3D: un pequeño circuito, que contiene el receptor de señales así como los componentes electrónicos, y una pequeña cámara que contiene las células productoras de insulina.

El implante se activa mediante una señal de radio y genera una señal eléctrica que es dirigida hacia las células. Esta señal induce un cambio de carga en la membrana  celular que activa el gen responsable de producir insulina. Una vez sintetizada, la insulina es transportada mediante vesículas y liberada al exterior de las células. Otra variante del sistema, diseñada por los investigadores, es que la señal eléctrica libere inmediatamente las vesículas con insulina acumulada.

 

implante biónico diabetes
Esquema del funcionamiento del dispositivo. Imagen: Katja Schubert / nach Krawczyk K et al., Science 2020. Copyright: ETH Zurich.

 

 

Resultados prometedores en células y en ratón

A partir de cultivos celulares, el equipo ha observado que la activación inalámbrica de las células consigue inducir un aumento en los niveles de insulina en apenas 10 minutos. Además al introducir el implante bioelectrónico en ratones modelo para la diabetes 1, se consiguieron restaurar rápidamente y de forma continuada los niveles de glucemia en sangre.

Implantes biónicos con aplicaciones terapéuticas

El circuito electrogenético desarrollado por los investigadores es el primero en conseguir regular la expresión génica mediante una señal eléctrica externa. Estudios previos habían utilizado sistemas activados de forma remota mediante señales lumínicas, mecánicas o magnéticas. “Queríamos controlar directamente la expresión génica mediante electricidad desde hace tiempo”, destaca Fussenegger. “Ahora, finalmente, hemos tenido éxito”.

Esta estrategia representa una aplicación muy interesante para la diabetes tipo 1, enfermedad producida por un déficit de insulina que deriva en la incapacidad del organismo para regular los niveles de azúcar en sangre.

Los investigadores plantean un futuro en el que los pacientes puedan utilizar una aplicación en su teléfono móvil para regular la producción de insulina según sus necesidades. Pero todavía estamos lejos de ese momento. Fussenegger señala que debe optimizarse la cantidad de corriente que hace funcionar y que puede tolerar el sistema. También deberá mejorarse la forma de conectar las células con el circuito electrónico y deberá encontrarse una forma de reemplazar las células cuando éstas se agoten.

Referencias:

Krawczyk K, et al. Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice. Science. 2020. Doi: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau7187

Brier M y Dordick JS. Remote activation of cellular signaling. Science. 2020. Doi: http://dx.doi.org/10.1126/science.abb9122

Using electrical stimulus to regulate genes. https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/05/using-electrical-stimulus-to-regulate-genes.html

 

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