Tyler Allen, de 31 años, ha desarrollado un sistema de imagen en vivo que permite a los investigadores observar cómo se mueven las células tumorales en el cuerpo. Esto podría abrir el camino a tratamientos más efectivos contra el cáncer.

El trabajo de Allen aborda uno de los principales desafíos de la oncología: la mayoría de los casos graves de cáncer ocurren después de que un tumor se ha propagado, o metastatizado. Sin embargo, este proceso, en el que las células individuales viajan por la sangre como automóviles en una autopista, es poco conocido y difícil de detectar. Generalmente, los médicos no saben que un cáncer se está propagando hasta que descubren un segundo tumor. “En ese punto, el pronóstico suele ser grave”, explica Allen.

El sistema que Allen desarrolló como doctorando en la North Carolina State University permite visualizar esta propagación en tiempo real. Para construirlo, su equipo inyectó células tumorales humanas en un pez cebra, modificado genéticamente para hacer que sus vasos sanguíneos brillen. Usando un microscopio láser de alta potencia, observaron las células tumorales mientras viajaban y salían del flujo sanguíneo, prestando especial atención a aquellas que viajaban en grupos, que presentan un mayor riesgo de formar tumores.

Los investigadores pensaban que estos grupos debían separarse antes de abandonar un vaso sanguíneo, pero el equipo de Allen observó que algunos lograban salir intactos. Además, aquellos que lo hacían tenían más probabilidades de formar un tumor en el tejido cercano.

Allen continúa perfeccionando su técnica como becario postdoctoral en el Duke Cancer Institute. Los conocimientos que su enfoque hace posibles podrían ayudar a los investigadores a desarrollar terapias que ataquen las células tumorales antes de que se propaguen.

por Jonathan W. Rosen

12 de septiembre de 2023

No se necesita mucho para perforar un tímpano. Las infecciones y lesiones son causas comunes, pero las perforaciones también pueden ser causadas por la variación de presión durante las inmersiones submarinas.

Repararlas no siempre es sencillo, como Nicole Black, de 30 años, aprendió cuando conoció a dos otorrinolaringólogos mientras se graduaba en ciencias de la ingeniería en Harvard. Los procedimientos de reparación del tímpano generalmente implican cortar un poco de tejido o cartílago de otra parte de la cabeza y usarlo para suturar el agujero. No siempre tienen éxito y los pacientes a menudo necesitan procedimientos adicionales después de varios años.

La doctora Black intentó desarrollar un tratamiento mejor. Su objetivo era imprimir en 3D un material completamente nuevo que pudiera usarse como un parche y funcionara como un tímpano sano.

No fue fácil, porque el tímpano tiene propiedades especiales que le permiten conducir las ondas sonoras. “El tímpano vibra como un material suave a bajas frecuencias y como un material rígido a altas frecuencias”, explica Black. El material debía ser capaz de soportar el crecimiento celular, incluidos los vasos sanguíneos. Y debía ser lo suficientemente resistente para que los cirujanos pudieran manipularlo. Pero el tímpano humano tiene un grosor de solo 80 micrones, equivalente al grosor de un cabello. “Fue una larga serie de intentos y errores”, relata la autora.

Black comenzó a probar los dispositivos en tímpanos perforados de chinchillas, elegidas por sus enormes orejas. Estos animales tienen tímpanos casi del mismo tamaño que los humanos. Cuando comenzó a obtener resultados prometedores, fundó una empresa, Beacon Bio, para desarrollarlos aún más. La empresa fue adquirida rápidamente por Desktop Metal, una empresa de impresión 3D, donde Black es actualmente vicepresidenta de biomateriales e innovación en la división de salud, Desktop Health.

Black afirma que su descubrimiento más significativo fue lograr imprimir un material con una estructura que fomenta que las células crezcan según patrones específicos. Esto es esencial para el tímpano, pero también será útil en la impresión 3D de dispositivos médicos para otros órganos y tejidos.

La última versión de su dispositivo, llamada PhonoGraft, tiene la forma de una bobina de hilo aplanada, que puede ser comprimida a través de un agujero en el tímpano hasta que sobresalga por la otra parte.

La simplicidad de su diseño hace que no se necesite la intervención de un otorrinolaringólogo: en teoría, “cualquier otorrinolaringólogo experimentado, capaz de mirar en el oído con un endoscopio, puede insertar uno de estos dispositivos”, dice Black, quien espera comenzar a probar el dispositivo en humanos hacia finales de 2024.

Black también tiene planes de crear dispositivos para otras necesidades de salud. Su próximo objetivo es fabricar injertos vasculares, que ayudan a reparar los daños en los vasos sanguíneos, como después de una cirugía de bypass.

por Jessica Hamzelou

12 de septiembre de 2023

Las vacunas de ARNm – y los científicos que las idearon – fueron algunos de los héroes de la pandemia de Covid-19. Estos medicamentos funcionan proporcionando un poco de código genético que permite a nuestro cuerpo producir esencialmente sus propios medicamentos. Hoy en día, solo en Estados Unidos se han administrado más de 360 millones de dosis de vacunas de ARNm contra el covid. Otras vacunas de este tipo están en desarrollo para la gripe, el VIH y como terapias contra el cáncer.

Pero todavía hay mucho espacio para mejoras. Anna Blakney, de 33 años, bioingeniera en la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, Canadá, está entre aquellos que lideran la búsqueda de vacunas de ARN mejores, que sean más efectivas, ofrezcan una protección más duradera y puedan administrarse en dosis más bajas con menos efectos secundarios en comparación con las versiones existentes.

Los efectos secundarios comunes de las vacunas de ARN existentes incluyen fiebre y escalofríos, pero algunas personas han tenido problemas cardiovasculares, como coágulos sanguíneos. “Uno de los mayores desafíos en este campo es la seguridad y los efectos secundarios que vemos con nuestras nuevas vacunas”, dice Blakney. “En el futuro, realmente debemos pensar en cómo minimizar la dosis de ARN que usamos”.

Para lograrlo, Blakney se ha centrado en el ARN autoamplificante (self-amplifying RNA), una forma de ARNm capaz de crear copias de sí mismo una vez que entra en las células. En teoría, en una vacuna o terapia, se debería usar una cantidad inferior en comparación con el ARNm estándar: “Se podría usar una dosis cien veces más baja”, dice Blakney. Y mientras que el ARNm codifica típicamente las proteínas durante unos tres o cinco días, el saRNA lo hace durante aproximadamente 30-60 días. Esto significa que debería funcionar más tiempo en el organismo en comparación con las vacunas existentes, por lo que las dosis de refuerzo podrían no ser tan frecuentes.

Blakney también ha trabajado en cómo agregar nuevas características al ARNm. En el marco de un proyecto reciente que dirigió, incorporó el código de nuevas proteínas que ayudan al ARNm a esquivar el ataque del sistema inmunitario de una persona. Como resultado, el ARNm puede trabajar durante más tiempo, produciendo más proteínas. “Funciona mejor como vacuna”, dice Blakney, quien probó el medicamento en conejos.

por Jessica Hamzelou

12 de septiembre de 2023

Los microbios no son muy inteligentes: no tienen cerebro ni sistema nervioso. Pero son buenos en lo que hacen. Las investigaciones sugieren que un cuerpo humano típico alberga alrededor de 30 billones de bacterias, que viven en la piel y en los intestinos. Incluso viven dentro de los tumores.

Pero, ¿qué pasaría si las bacterias pudieran hacerse más inteligentes? Tetsuhiro Harimoto, de 32 años, un postdoctorado que se hace llamar “Tetsu”, ha pasado los últimos años intentando transformar las bacterias en “medicinas vivas inteligentes” a las que se les pueda enseñar a buscar y atacar automáticamente el cáncer.

“Mi visión es crear una nueva clase de tecnologías para la administración de medicamentos, compuesta por microbios vivos diseñados para localizar de manera eficiente los tumores, percibir de forma autónoma el entorno y producir medicamentos de manera sostenible y controlable”, explica Tetsu.

Utilizando herramientas de la biología sintética durante su doctorado en la Universidad de Columbia, ya ha demostrado que esto podría ser posible. A algunas bacterias les ha añadido genes que les permiten detectar cuándo se encuentran dentro de un tumor (los bajos niveles de oxígeno son comunes en los tumores). A otras les ha dado la capacidad de bombear medicamentos que matan el cáncer.

Su próximo proyecto será combinar estas técnicas, creando bacterias capaces de detectar las células tumorales y, espera, eliminarlas localmente.

por Antonio Regalado

12 de septiembre de 2023

Julia Joung, de 32 años, llegó al Broad Institute de Cambridge, Massachusetts, y al laboratorio del experto en edición genética Feng Zhang en los primeros días de entusiasmo por la herramienta de edición genética CRISPR. Joung se dedicó al “cribado a escala genómica”, es decir, al uso de herramientas como CRISPR para alterar cada uno de los 20.000 genes del genoma humano y luego observar qué sucede.

Este tipo de cribado genético, a menudo realizado en células madre, es una prioridad absoluta para los laboratorios orientados a los datos que buscan explorar la lógica de la biología desde una perspectiva amplia.

En teoría, las células madre pueden ser inducidas a desarrollarse en cualquier tipo de célula. Sin embargo, en la práctica, muchos tipos de células son difíciles, si no imposibles, de generar en el laboratorio.

Las proteínas llamadas factores de transcripción pueden determinar en qué se convierten las células. Pero ¿cuáles? Hay más de 1.500 factores en nuestro cuerpo.

Inicialmente, Joung había encontrado un solo factor capaz de transformar las células madre en células del sistema nervioso. Pero su investigación se ha transformado en un proyecto más amplio. ¿Por qué no añadir cada uno de los factores de transcripción a las células madre y medir el efecto de cada factor sobre el comportamiento de las células?

El resultado de su investigación, publicado en enero, es un “atlas” de cómo los factores individuales de transcripción afectan la identidad de las células madre. El objetivo final, dice la autora, “es ser capaz de producir cualquier tipo de célula, y de manera muy controlada”.

Las células específicas podrían ser útiles para probar medicamentos o nuevos tipos de terapias. Otros científicos que estudian los factores de transcripción esperan encontrar combinaciones que puedan formar óvulos humanos en el laboratorio o incluso proporcionar la clave para tratamientos de rejuvenecimiento. “No solo estamos generando listas cuando hacemos el cribado. Es una lista con un propósito”, dice Joung. “Siempre hay un objetivo final”.

por Antonio Regalado

12 de septiembre de 2023

Christina Kim, de 33 años, ha desarrollado una técnica para identificar las células nerviosas involucradas en los diferentes comportamientos de los animales, lo que podría llevar a tratamientos mejores para patologías neuropsiquiátricas como la depresión, la ansiedad y la adicción a las drogas y al alcohol.

En el cerebro humano y animal, las células nerviosas, también llamadas neuronas, comprenden cientos de tipos de células. Durante mucho tiempo, ha sido difícil identificar qué tipos se activan en respuesta a un estímulo particular, como un ruido fuerte, un olor intenso o una inyección de droga. Los métodos anteriores para registrar los diferentes tipos de actividad neuronal en ratones, cuyo cerebro tiene muchas similitudes con el humano, estaban limitados a áreas cerebrales específicas o inhibían los comportamientos que los investigadores querían estudiar.

El método de Kim, que desarrolló como investigadora postdoctoral en Stanford, funciona identificando las células con niveles elevados de calcio, que se precipita en las neuronas cuando se activan. Su equipo inyectó proteínas genéticamente modificadas en los ratones, expuso su cerebro a un haz de luz azul y registró su respuesta a una inyección de nicotina y otros estímulos externos. En las neuronas en las que el nivel de calcio era elevado, la luz dirigió la transcripción de otra proteína, esta vez fluorescente, una “etiqueta” que fue posible detectar al microscopio. El equipo de Kim luego utilizó secuenciación de ARN para descubrir los genes específicos presentes en las neuronas etiquetadas, determinando así su tipo.

Kim, ahora profesora de neurociencias en la Universidad de California, Davis, está perfeccionando la técnica, conocida como fast light and calcium-regulated expression, para comprender mejor cómo funciona la señalización cerebral a nivel molecular. En última instancia, podría contribuir al desarrollo de terapias más específicas y efectivas.

por Jonathan W. Rosen

12 de septiembre de 2023

Jiawen Li, de 34 años, ha diseñado un diminuto dispositivo para ayudar a los cardiólogos a resolver un problema común: cómo identificar qué pacientes están en mayor riesgo de sufrir un infarto.

La innovación de Li, un endoscopio ultraslim impreso en 3D, está diseñado para sondear el interior de un vaso sanguíneo y generar imágenes de alta calidad de las placas que se acumulan a lo largo de la vida. La mayoría de estas placas no representan un peligro, pero algunos tipos pueden obstruir las arterias y provocar su ruptura. Ninguna de las sondas utilizadas hoy en día por los médicos es lo suficientemente buena para predecir de manera confiable qué placas podrían causar problemas. Esto suele llevar a un costoso sobrediagnóstico o, peor aún, a una muerte súbita.

Li, ingeniero biomédico en la Universidad de Adelaide, Australia, decidió construir una “cámara” que proporcionara a los médicos la calidad de imagen que necesitan, pero que sea lo suficientemente pequeña como para poder ser insertada en una arteria. Su enfoque combina dos técnicas de imagen basadas en la luz en una sola lente que no es más grande que un grano de sal; juntas, ofrecen una instantánea de alta resolución de la estructura de una placa, así como pistas moleculares sobre la probabilidad de que se rompa. En colaboración con investigadores alemanes, Li desarrolló una forma de imprimir la lente sobre un cable de fibra óptica tan fino como un cabello humano, que puede ser introducido en las arterias hasta el corazón.

Li y sus colegas han probado con éxito el dispositivo en cerdos y están trabajando para la experimentación clínica en humanos. Además de mejorar el diagnóstico de enfermedades cardíacas, los investigadores piensan que podría ayudar a los médicos a identificar el cáncer en áreas difíciles de visualizar, como el conducto biliar (que transporta la bilis desde la vesícula biliar hasta el intestino delgado para facilitar la digestión) y los pulmones.

por Jonathan W. Rosen

12 de septiembre de 2023

¿Puede la bacteria responsable de una infección respiratoria altamente contagiosa ser también la clave para diseñar tejidos blandos realistas? Danielle Mai, de 34 años, cree que sí. Su laboratorio en la Universidad de Stanford está utilizando las proteínas de la tos ferina para bioingenierizar nuevos materiales que funcionen como la piel y los músculos humanos.

Durante una pasantía en la Rogers Corporation, una empresa que produce materiales ingenierizados, Mai comenzó a trabajar con polímeros a base de proteínas, moléculas similares a grandes cadenas que sirven como elementos constitutivos para muchos tipos de organismos. Este trabajo pronto se convirtió en su pasión.

Identificando las proteínas presentes en la naturaleza y reproduciéndolas dentro de su laboratorio, Mai ha sido capaz de diseñar biopolímeros que imitan las propiedades y funciones de los músculos humanos, en particular su capacidad para estirarse y contraerse, características que hasta ahora han sido difíciles de aprovechar en tejidos ingenierizados. Las bacterias como la tos ferina son un modelo perfecto porque tienen secuencias proteicas altamente repetitivas, fáciles de imitar.

“Las proteínas presentes en la naturaleza tienen funcionalidades sorprendentes junto con estas hermosas secuencias moleculares incorporadas que les han permitido sobrevivir en ambientes difíciles durante miles de millones de años”, explica Mai. “Podemos tomar esta funcionalidad y utilizarla en materiales ingenierizados”.

Mai prevé múltiples aplicaciones para estos nuevos biopolímeros, incluyendo la robótica blanda, la medicina regenerativa y la carne artificial producida de manera sostenible.

por Kathryn Miles

12 de septiembre de 2023

Courtney Young, de 32 años, estaba en su último año de secundaria cuando a su sobrino Christopher, de dos años, le diagnosticaron distrofia muscular de Duchenne, una enfermedad genética fatal. El diagnóstico conmocionó a la familia de Young y la impulsó a emprender un viaje para encontrar una cura. Su trabajo reciente con la edición genética ofrece uno de los avances más prometedores de las últimas décadas.

La distrofia muscular proviene de una mutación que impide que el organismo produzca las proteínas necesarias para crear y mantener músculos saludables. Utilizando CRISPR-Cas9, Young y su equipo de MyoGene Bio pueden modificar el ADN del paciente, restaurando la capacidad de producir las proteínas necesarias.

Young y su equipo son capaces de identificar una porción comúnmente mutada de un gen y eliminarla, luego el ADN puede repararse de manera natural. Aunque CRISPR-Cas9 se ha utilizado para abordar mutaciones genéticas durante una década, la investigación de Young ha ampliado los límites, demostrando que es posible eliminar mucho más que lo que se pensaba anteriormente.

“Las terapias actualmente aprobadas para la distrofia muscular de Duchenne abordan los efectos secundarios a posteriori o solo ofrecen beneficios modestos”, afirma Young. “Nuestro enfoque va a la causa principal de la enfermedad”.

Young planea empaquetar el CRISPR en un virus inofensivo que puede ser inyectado en el torrente sanguíneo. El virus podría infiltrarse en las células musculares, permitiendo que la tecnología de edición actúe sobre el ADN del paciente. Young cree que las pruebas clínicas podrían realizarse en aproximadamente dos años.

“El tiempo apremia”, afirma. “Una vez aprobada, esta terapia podría ayudar hasta a 10,000 nuevos pacientes de Duchenne cada año”.

por Kathryn Miles

12 de septiembre de 2023