Sensores biomiméticos

Hace unas semanas estuve en la Fundación Ramón Areces, en una sesión dedicada a últimos avances en sensores biomiméticos (que imitan o se inspiran en sistemas o procesos presentes en la naturaleza). Las ponencias fueron bastante "técnicas" (vamos, que no era fácil seguirlas para un profano). Pero me quedé con las ideas y con las pistas de dónde buscar más información.  Eso he hecho, y me parece interesante compartir tres de estos desarrollos.

1) Monitorización y estimulación del cerebro.

Se trata de integrar el registro y monitorización de la actividad eléctrica del cerebro, lo que hasta ahora se hacía con un electroencefalograma (EEG), con la estimulación eléctrica de ese mismo cerebro (tES - transcranial Electric Stimulation) para tratar de inhibir o de estimular determinadas regiones del cerebro que intervienen en algunas enfermedades neurológicas (Epilepsia, Migrañas, Acúfenos,...) o en el deterioro de procesos cognitivos (Demencia, Párkinson, Alzheimer,...).

Starstim® acoplado a la cabeza

Esta idea, según resalta Ana Maiques, fue "made in Spain", ya que surgió, en 2011, en un grupo de colegas de Barcelona por entonces dedicados al análisis de patrones en señales radioastronómicas. Fundaron una empresa, Neuroelectrics (www.neuroelectrics.com), ahora con sedes en Barcelona y Boston, y desarrollaron algunas soluciones orientadas a este propósito. La más avanzada se llama Starstim®, y consiste en una especie de "casco" con electrodos que se coloca en la cabeza, y que, mediante tecnología inalámbrica, transmite y recibe información del software de gestión  que es el que ayuda a realizar el diagnóstico y a pautar el posible tratamiento.

El casco tiene hasta 32 canales de captura/estimulación. Utiliza pulsos eléctricos débiles (< 2 mA) que modifican suavemente las oscilaciones neuronales durante períodos prolongados (20 minutos o más). Se trata de una técnica segura, tolerable y no invasiva. Con la ventaja de que el proceso no necesita hacerse en el hospital o en la consulta del especialista, sino que se puede tener el casco puesto en casa el tiempo que sea necesario.



El primer estudio en el que se han enfocado los investigadores ha sido el de la epilepsia focal cortical. La epilepsia normalmente se trata con medicamentos (anticonvulsivos), pero hasta a un tercio de pacientes no les funciona o tienen efectos secundarios adversos, y hay que recurrir a la cirugía, siempre con resultados inciertos. La tES puede ser una alternativa, todavía por corroborar. Pero los primeros resultados son prometedores: En un primer ensayo con 17 pacientes tratados con Starstim®, se obtuvo una reducción media de ataques epilépticos en un 41%. El estudio está en fase de ampliación, siguiendo los protocolos de la FDA americana.

Lo más interesante, a mi modo de ver, es que el Starstim® se está usando por numerosos laboratorios y centros de investigación de todo el mundo (hay ventas en 45 países) como herramienta clave en todo tipo de pruebas y ensayos con enfermedades neurológicas, por lo que podemos ver en poco tiempo un avance exponencial en sus resultados.

2) Sensores ingeribles. (Creo que la palabra ingerible todavía no está aceptada por la RAE, pero tendrá que hacerlo pronto; es bastante lógica, como digerible, que sí que lo está).

Fue en mayo de 2018 cuando apareció en la revista Nature el resultado de un experimento llevado a cabo por investigadores del Laboratorio de Biología Sintética del MIT. En resumen, habían desarrollado una cápsula del tamaño de una pila AAA (de las pequeñas) que, una vez en el estómago de ratones, primero, o de cerdos, después, era capaz de detectar muestras de sangre o hemorragias y de transmitir ese aviso a una app Android desarrollada por un estudiante de grado.

La explicación detallada es muy curiosa, y como la he entendido, no me resisto a escribirla: el punto de partida es la bacteria "Lactococus lactis", que es la que facilita la fermentación de la leche en queso. Esta bacteria funciona mejor en presencia del grupo hemo, ese compuesto ferroso que es un componente esencial de la sangre de todos los animales. Para ello, tienen un "sensor" que detecta cuánto hemo hay en el entorno, combinado con una especie de "interruptor genético" que cambia su metabolismo. 

IMBED (Ingestible Micro-Bio-Electronic Device)

El equipo del laboratorio cogió el ADN activado del L. lactis, lo combinó con un código que ocasiona la bioluminiscencia bacteriana y lo insertó en una cepa de la bacteria "Escherichia coli", que normalmente "habita" en el intestino de los animales. De esa forma se consiguió que la bacteria E. coli genéticamente modificada (no sólo se hace con los cereales) se "iluminara" en presencia de sangre. Y no una sola bacteria, sino millones de ellas.

Lo siguiente fue construir una cápsula con una membrana semipermeable que permitiera que entrase el líquido del estómago y contactara con las bacterias. En la otra mitad de la cápsula se pusieron semiconductores inalámbricos alimentados por una micro-pila. Y un fototransistor que capturaba la señal eléctrica emitida por los millones de bacterias "iluminadas" y la transmitía a esos microprocesadores, que, a su vez, la enviaban a la app del teléfono móvil, donde se procesaba para dar un diagnóstico de lo que se había detectado. 

El experimento funcionó, y los investigadores han seguido trabajando en varias direcciones:

- Reducir el tamaño de la cápsula a 1/3 de su volumen, para que sea realmente "ingerible".

- Conseguir una mayor duración del suministro de energía, para que la cápsula pueda estar operativa durante meses, y, por qué no, años.

- Resolver, parece que no es complicado, que la "pastilla" se pueda "adherir" a la pared del estómago o del intestino sin que sea procesada por los distintos ácidos, ni expulsada al cabo del tiempo de forma natural. 

Veremos cómo progresa esta "tecnología". 

(El artículo completo del Nature: "An ingestible bacterial-electronic system to monitor gastrointestinal health" lo podéis leer aquí)

3) Utilizando las bacterias "buenas" del microbioma epidérmico para combatir el acné.

Tenemos que ir de nuevo a Barcelona, al Parque de Investigación Biomédica situado cerca de la Playa de la Barceloneta, para encontrar a Marc Güell, en el Translational Synthetic Biology de la Universidad Pompeu Fabra. En la misión del centro se establece que buscan "combinar la biología sintética con la edición genética para generar tecnologías con potencial terapéutico". El campo es muy amplio, pero me ha llamado la atención sus proyectos relacionados con el microbioma de la piel.

Últimamente hemos oído hablar mucho del microbioma intestinal, y de su relevante papel en el equilibrio de la salud. Quizá lo más chocante, seguro que lo has escuchado, es cómo, a través de un "trasplante de microbioma fecal" de un donante sano a un receptor enfermo, se han logrado grandes logros en el tratamiento de  la infección por "Clostridium difficile", la bacteria que causa la mayoría de las diarreas hospitalarias de origen infeccioso.

Pues bien, a Marc y a su grupo internacional de colaboradores (sólo por los apellidos parece una ONU en pequeño), se les ocurrió realizar un ensayo conceptualmente similar, pero con otro microbioma importante del cuerpo humano: el epidérmico. Y, buscando una salida económicamente interesante al asunto, tratar de abordar una de las enfermedades más generalizadas y molestas de la adolescencia: el acné.

La "mala" de la película del acné es también una bacteria, la "Cutibacterium acnes". Pero no todas sus cepas; por lo visto hay algunas malas malísimas y otras casi inocuas. El acné se produce cuando, lógicamente, hay más malas que buenas y se dedican a taponar e infectar las glándulas sebáceas y los folículos de la piel. Los tratamientos farmacológicos que normalmente se usan para tratar el acné se "cargan" todas las bacterias, las buenas y las malas, y pasado su efecto, el microbioma se vuelve a reproducir, con la misma composición que tenía (lo que hace que el acné resurja).

Lo que el ensayo buscó fueron donantes "sanos" (esto es, que no hubieran tenido problemas de acné, lo que denotaría que su microbioma bacteriano epidérmico tenía más cepas de las buenas que de las malas) y "transplantar" esa mezcla a receptores con problemas de acné. Los resultados fueron muy prometedores.

Tanto que, noticia de hace unas semanas, la start-up que ha desarrollado esta tecnología (S-Biomedic - www.sbiomedic.com), de la que Marc es el Director Técnico, ha firmado un acuerdo con la gran multinacional holandesa del campo de la salud y la nutrición Royal DSN, para apoyar el desarrollo de ese cosmético que acabe definitivamente con el acné. 

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Posdata: Es un orgullo, y también un estímulo y una responsabilidad, el tener en este blog seguidores de todo tipo y condición (muchos de ellos bastante más cualificados que yo en según qué temas). Hace poco, a través de mi amigo Miguel V., me llegaron noticias de que dos doctoras en Biología, madre e hija, eran "fans" de mis artículos relacionados con la biología y la ciencia en general, y que me animaban a seguir escribiéndolos. A ellas, Viruca F. y Carmela V., les debo el acicate para escribir este artículo. Espero haber mantenido alto el listón, y que sigan siendo fieles seguidoras.