A largo plazo, células creadas mediante ingeniería para portar el interruptor sensible a la luz podrían ser implantadas en pacientes para producir una hormona que faltase, como la insulina, según fuese necesario.
Martin Fussenegger y sus colaboradores en el Instituto Federal Suizo de Tecnología han diseñado las células para portar el gen de una proteína sensible a la luz de la retina humana, llamada melanopsina, que provoca un aumento en el calcio dentro de la célula cuando se expone a la luz. Ese aumento del calcio activa un segundo componente, una proteína que puede estar relacionada con un gen de interés. La luz sobre las células activa el calcio, que activa la proteína, y por tanto activa el gen que se tenga como objetivo. De acuerdo a experimentos en células cultivadas, la duración y la intensidad de la luz controla tanto la cantidad como el momento en que se produce el gen.
Los investigadores hicieron una demostración de la tecnología mediante la implantación de células controladas por luz en ratones diabéticos, usando luz para manipular los niveles de insulina de los animales. Cuando las células se implantaron justo debajo de la piel, la exposición a la luz azul activó la producción de insulina. En un segundo experimento, los investigadores encapsularon las células en un material poroso y las implantaron más profundamente en el cuerpo, junto con un cable de fibra óptica para proporcionar luz cuando fuera necesario. Ambos métodos fueron capaces de controlar el azúcar en sangre de los animales. La investigación fue publicada hoy en la revista Science.
La investigación suiza es la última iniciativa hasta la fecha por controlar con luz funciones biológicas cada vez más complejas. La mayor parte de la investigación se ha centrado en las células del cerebro, y su activación y silenciamiento a través de canales sensibles a la luz—un campo de rápido crecimiento conocido como optogenética. Sin embargo, varios investigadores están mezclando la optogenética con técnicas de biología sintética, una rama de la biología molecular que intenta diseñar células que realicen funciones útiles. "Existe un creciente interés por utilizar la luz como activadora de diferentes vías biológicas", señala James Collins, ingeniero biológico en la Universidad de Boston. La luz, a diferencia de la mayoría de los activadores químicos, puede ser aplicada "de forma muy localizada", asegura Collins.
Además de la insulina, la tecnología potencialmente puede distribuir otros tipos de proteínas terapéuticas, tales como la hormona del crecimiento humano, explica Fusseneger. En la actualidad, estas proteínas son producidas por células modificadas cultivadas en un biorreactor, asegura, y después aplicadas por inyección u otro método. "No obstante, ahora, podríamos producirlo en el paciente y obtener la dosis correcta no por inyección, sino mediante la aplicación de la luz".
De hecho, asegura Fussenegger, una de las aplicaciones a corto plazo para la investigación reside en la fabricación biofarmacéutica, la producción de proteínas terapéuticas en biorreactores. Muchas de estas proteínas son tóxicas para las células en que se producen, lo que impide la producción. Pero si la producción de proteínas pudiera ser controlada con precisión con luz, los investigadores podrían cultivar las células y después activar la producción de la proteína, activando y desactivando la producción como fuera necesario para mantener la salud de las células.