Un equipo de investigadores del Broad Institute y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha creado un innovador sistema que permite a las células vivas expulsar su ARN hacia el exterior, posibilitando el análisis de sus transcriptomas —toda la colección de moléculas de ARN que generan— sin necesidad de destruirlas. Según informó MIT News, esta técnica hace posible realizar mediciones repetidas sobre una misma población celular y observar cómo evoluciona la actividad genética durante procesos como la maduración, la exposición a estímulos experimentales, el desarrollo de enfermedades o la aplicación de tratamientos farmacológicos.
El método, cuyos detalles fueron publicados en la prestigiosa revista Cell, emplea partículas similares a virus que transportan el ARN desde el interior celular hacia el medio de cultivo líquido. Los científicos extraen muestras de ese líquido, separan el material genético y proceden a su secuenciación (lectura de la información) sin interferir con las células productoras.
La estrategia también fue probada en células endoteliales —aquellas que revisten el interior de los vasos sanguíneos— dentro de dispositivos de órgano en un chip, modelos que replican ciertos aspectos de la fisiología de los órganos. En estos experimentos, las variaciones en los genes relacionados con la formación de redes vasculares dependían del origen de los fibroblastos de soporte, ya sea provenientes del útero o del pulmón.
Extracción de ARN celular mediante partículas virales
Los procedimientos convencionales para estudiar un transcriptoma implican destruir la célula, proporcionando únicamente una instantánea de su estado en un instante concreto. La nueva técnica busca superar esta limitación mediante un sistema de autorreporte celular.
El proyecto comenzó hace más de una década en el laboratorio de Paul Blainey, figura clave del Broad Institute y profesor de ingeniería biológica en el MIT. El equipo se propuso encontrar una manera de secuenciar ARN sin eliminar las células, empleando un método que otros laboratorios pudieran replicar fácilmente y aplicar a gran escala.
Blainey comparó las herramientas existentes con prácticas rudas:
“Los métodos existentes eran un poco medievales e implicaban pinchar células o cortarles partes”.
La idea principal llegó de los retrovirus —virus que almacenan su información genética en ARN—, aunque también sirvieron de referencia técnicas moleculares como las basadas en CRISPR, por su facilidad de adopción y escalabilidad.
A lo largo de millones de años, los retrovirus desarrollaron la capacidad de envolver su material genético en cubiertas de proteínas y transportarlo de una célula infectada a otra. Los investigadores aprovecharon este mecanismo diseñando células de mamíferos que producen una proteína estructural retroviral capaz de encapsular tanto ARN viral como ARN celular.
Dicha proteína se inserta en la membrana celular, reúne el ARN de la propia célula y forma una envoltura que da lugar a una partícula similar a un virus. Esta partícula se separa de la membrana y se libera en el líquido que rodea la célula, donde queda disponible para su recolección y análisis.
Mohamad Najia, investigador del laboratorio de Blainey y del laboratorio de George Daley en el Boston Children’s Hospital, indicó que esta alternativa molecular podría ampliar el acceso a este tipo de mediciones. “Frente a métodos que usan robótica o biopsias mecánicas de células, nuestra solución codificada molecularmente podría facilitar mucho más el trabajo de un laboratorio promedio de ciencias de la vida o biomedicina, en especial para las preguntas dinámicas en el tiempo que esperamos esclarecer con esta tecnología”, afirmó.
Pruebas en células humanas y órganos en chip
La técnica funcionó en células humanas inmortalizadas, líneas celulares de cáncer, células madre y células neuronales derivadas de ellas, así como en células primarias de donantes humanos. También se ensayó en un cultivo mixto con dos tipos de células humanas creciendo juntas.
Para diferenciar las señales de cada población, el equipo incorporó etiquetas a las partículas similares a virus. Esto permitió identificar, durante el análisis, qué ARN correspondía a cada tipo celular.
El método puede ser de gran utilidad en sistemas con estructuras tridimensionales que no se desea alterar para obtener muestras. En esferoides —aglomerados tridimensionales de células cultivadas en laboratorio— de células endoteliales humanas, los investigadores observaron cambios en la actividad genética a corto plazo tras estimularlas con procesos bioquímicos.
La colaboración con Linda Griffith, profesora de ingeniería biológica y mecánica del MIT, llevó el sistema a dispositivos de órgano en un chip. Estos modelos pueden reducir la necesidad de pruebas preclínicas con animales, aunque su complejidad dificulta la extracción de células para su análisis.
Actualmente, el equipo del Broad Institute trabaja en adaptar el método para el estudio de células individuales y explora nuevas aplicaciones biológicas del sistema. Blainey calificó el logro como la materialización de una idea que, al iniciar el proyecto, parecía “completa ciencia ficción”.
Fuente: Infobae