Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han cosechado genes para canales iónicos de bacterias que, con algunos ajustes, pueden crear y mejorar la señalización eléctrica en las células humanas, haciendo que las células sean más excitables eléctricamente.
La técnica podría usarse algún día para tratar la arritmia cardíaca o para restaurar las funciones eléctricas en los tejidos con cicatrices del corazón o del sistema nervioso. También podría resultar útil para tratar una variedad de enfermedades genéticas que implican una baja conductividad en los canales de sodio y calcio humanos.
El estudio aparece en línea en Comunicaciones de la naturaleza el 18 de octubre
En los mamíferos, los genes que controlan los canales de iones de sodio responsables de la actividad eléctrica de una célula son sorprendentemente grandes. Desafortunadamente, demasiado grandes para ser entregados fácilmente a las células a través de un virus: procedimiento estándar en las técnicas modernas de terapia génica.
Para evitar este problema de tamaño, el equipo de Duke entregó canales iónicos más pequeños diseñados a partir de genes bacterianos a células humanas primarias en un entorno de laboratorio. Con los canales de reemplazo, las células que normalmente no producen señales eléctricas se volvieron eléctricamente activas, y las células que normalmenteproducir señales lo hizo con mayor fuerza.
"En la práctica médica actual, no hay nada que se pueda hacer para aumentar de manera estable la excitabilidad eléctrica de las células en el corazón o el cerebro", dijo Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica en Duke. "No hay medicamentos que puedan funcionar eficientementey cualquier gen de mamífero que pueda ayudar son demasiado grandes para aplicaciones de terapia génica. Sin embargo, nuestra técnica utiliza canales de iones bacterianos mucho más pequeños que tuvieron éxito en las células humanas en el laboratorio. Actualmente estamos probando esto en animales vivos ".
Si bien los genes bacterianos que codifican los canales de sodio son diferentes a sus contrapartes humanas, la evolución ha conservado muchas similitudes en el diseño de canales iónicos ya que los animales multicelulares se separaron de las bacterias hace cientos de millones de años.
Hung Nguyen, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Bursac, muta estos genes bacterianos para que los canales que codifican puedan activarse en las células humanas.
En un experimento, los investigadores colocaron células cultivadas en varias líneas paralelas, alternando entre células eléctricamente activas e inactivas. Cuando se estimula en un extremo, la señal eléctrica viaja a través de las líneas muy lentamente.
Los investigadores luego entregaron tres genes a las células eléctricamente inactivas: un gen bacteriano para un canal de iones de sodio y dos genes de soporte que codifican un canal de potasio y la conexina-43, una proteína que ayuda a transportar señales eléctricas entre las células.
Cuando se entrega a células no excitables tomadas de la piel, el corazón y el cerebro, el trío de genes hace que las células se activen eléctricamente, acelerando las señales eléctricas a medida que corrían a través de las líneas
"Se podría imaginar usar esto para alterar el tejido cicatricial cardíaco eléctricamente muerto después de un ataque cardíaco para cerrar las brechas entre las células sanas", dijo Nguyen, quien también señala que los tres genes son lo suficientemente pequeños como para ser entregados simultáneamente por un solo virus.
Nguyen y Bursac también mostraron que el gen que codifica el canal de sodio bacteriano podría, por sí solo, mejorar la excitabilidad de las células que ya están eléctricamente activas. En un segundo experimento, entregaron el gen del canal de sodio a los cardiomiocitos, células cardíacas eléctricamente activas- en condiciones que imitan diversas enfermedades o situaciones estresantes, como un ataque al corazón.
"En esas condiciones patológicas, estas células se vuelven eléctricamente silenciosas", dijo Bursac. "Pero cuando agregamos el canal bacteriano, podemos mantenerlas conduciendo señales eléctricas en condiciones más severas".
Nguyen agrega que este trabajo contribuye a un creciente cuerpo de investigación que está buscando organismos llamados "primitivos" para que nos ayuden con nuestra propia salud.
"Hay un gran grupo de especies bacterianas cuyos canales de sodio podrían tener características eléctricas ligeramente diferentes de las cuales extraer", dijo Nguyen. "Estos canales también se pueden modificar para que pasen iones de calcio. Estamos desarrollando un marco para que otros comiencen a explorarestas oportunidades "
"Creo que este trabajo es realmente emocionante", dijo Bursac. "Básicamente tomamos prestado de las bacterias para eventualmente ayudar a los humanos que sufren enfermedades cardíacas o cerebrales".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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