Más de 415 millones de personas en todo el mundo están viviendo con diabetes, y con frecuencia necesitan inyectarse insulina para controlar sus azúcares en sangre. Las células humanas pueden ser manipuladas genéticamente en fábricas vivas que fabrican y entregan de manera eficiente hormonas y moléculas de señalización, pero la mayoría de los circuitos biológicos sintéticos no ofrecen el mismo grado de sensibilidad y precisión que los sensores digitales.
El control de la insulina y su administración a los diabéticos, constituye todo un reto en la investigación actual. En medicina, como en las otras ciencias, es necesario trabajar e investigar formando equipos interdisciplinares que den, cada uno de ellos, su granito de arena. Este es el caso del control de la insulina y la inteligencia artificial, a través de los smartphones.
Utilizando un principio de diseño multidisciplinario que combina ingeniería eléctrica, desarrollo de software y biología sintética, han diseñado una infraestructura tecnológica que permite el tratamiento semiautomático asistido por smartphone de la diabetes en ratones. Se diseñó un servidor doméstico SmartController para procesar señales inalámbricas, lo que permite a un teléfono inteligente regular la producción de hormonas por células ópticamente implantadas en ratones diabéticos a través de una interface optogenética que responde a luz roja (FRL). Para desarrollar esta red de control inalámbrico, se ha diseñado e implantado unas cápsulas de hidrogel con células de ingeniería y diodos emisores de luz (FRL LEDs) sin cables.
La producción in vivo de una variante corta del péptido 1 similar al glucagón humano (shGLP-1) o de la insulina del ratón por las células manipuladas en el hidrogel que podría controlarse de forma remota mediante apps de los teléfonos inteligentes o un glucómetro Bluetooth activo en glucosa. Mediante la combinación de señales digitales generadas por dispositivos electrónicos con células manipuladas ópticamente, este estudio proporciona un paso hacia la introducción de terapias basadas en células para el estudio clínico.
Un equipo de investigadores afiliados a varias instituciones en China, entre los que hemos de destacar también investigadores suizos, ha desarrollado una forma de combinar un teléfono inteligente con un monitor de glucosa y células de ingeniería para controlar automáticamente los niveles de insulina en ratones de laboratorio. En su artículo publicado en la revista Science Translational Medicine el equipo describe su técnica y lo bien que funcionó en los ratones.
Como hemos dicho en el principio de este artículo, millones de personas en todo el mundo tienen diabetes, y muchos de ellos tienen que inyectar insulina para mantener sus niveles de glucosa bajo control. Esto generalmente implica tomar muestras de sangre periódicas para las pruebas para determinar si y cuándo se necesitan las inyecciones. Aunque este enfoque funciona, no es el óptimo, ya que las pruebas y la inyección pueden ser inconvenientes y porque pueden producirse picos imprevistos de glucosa debido a una variedad de factores como los tipos o la cantidad de alimentos consumidos o participando en el ejercicio. En este nuevo esfuerzo, los investigadores informan del desarrollo de un sistema de bucle cerrado que ofrece una forma de producir insulina en el cuerpo y distribuirla según sea necesario.
El nuevo sistema del equipo chino-suizo implicó la ingeniería de células productoras de insulina para hacer su trabajo cuando se iluminan con luz infrarroja. Los investigadores colocaron las células en una cápsula aislada que también contenía luces LED rojas, luego colocaron la cápsula bajo la piel de los ratones de prueba. Controlaron las luces de forma remota a través de la aplicación de teléfono inteligente, enviando señales a una caja de control que contenía una bobina que activaba las luces. El teléfono inteligente recibió datos de un medidor de glucosa en sangre incorporado. El resultado fue un sistema de circuito cerrado en el que el medidor de glucosa realizaba de forma periódica pruebas de glucosa. La aplicación de smartphone analizó los datos para determinar cuándo y cuánta insulina se necesitaba producir. A continuación, envió una señal a la caja de control, activando las luces LED, haciendo que las células para producir y liberar la insulina en los cuerpos de los ratones.
