Crean una ‘farmacia viviente’ implantable que produce tratamientos contra el VIH, la diabetes y la obesidad

Un equipo multiinstitucional de científicos, codirigido por la Universidad Northwestern junto con la Universidad Rice y la Universidad Carnegie Mellon, ha dado un paso clave hacia el desarrollo de las denominadas farmacias vivas implantables. Estos dispositivos, descritos en la revista Device de Cell Press, contienen células modificadas genéticamente capaces de producir medicamentos de forma continua dentro del organismo, lo que abre la puerta a nuevas formas de tratamiento prolongado y automatizado.

En este trabajo, los investigadores diseñaron células capaces de generar simultáneamente tres productos biológicos: un anticuerpo contra el VIH, un péptido similar al GLP-1 utilizado en la diabetes tipo 2 y leptina, hormona que regula el apetito y el metabolismo. El sistema, denominado HOBIT, combina estas células con un componente bioelectrónico que produce oxígeno y las mantiene protegidas del sistema inmunitario, al tiempo que les proporciona nutrientes. Con un tamaño similar al de un chicle doblado, el implante logró mantener vivas las células y liberar de forma estable las tres terapias durante varias semanas tras ser colocado bajo la piel de animales de laboratorio.

El nuevo sistema, denominado HOBIT (acrónimo de sistema bioelectrónico de oxigenación híbrida para terapia implantable), integra células modificadas genéticamente con bioelectrónica productora de oxígeno. Con un tamaño similar al de un chicle doblado, el diseño protege las células del sistema inmunitario del cuerpo, a la vez que les proporciona oxígeno y nutrientes para mantenerlas vivas y produciendo fármacos biológicos durante varias semanas.

Con más trabajo, las farmacias vivientes tienen el potencial de tratar afecciones crónicas con una terapia única y duradera, evitando que los pacientes tengan que llevar consigo, inyectarse o recordar tomar medicamentos.

«Este trabajo pone de relieve el amplio potencial de una plataforma biohíbrida totalmente integrada para el tratamiento de enfermedades», expone Jonathan Rivnay, de la Universidad Northwestern, co-investigador principal del proyecto y responsable del desarrollo del dispositivo. «Los fármacos biológicos tradicionales suelen tener vidas medias muy diferentes, por lo que mantener niveles estables de múltiples terapias puede resultar complicado. Gracias a que nuestras fábricas celulares implantadas producen continuamente estos productos biológicos, mantener las células vivas mediante nuestra tecnología de oxigenación nos permite mantener niveles constantes de múltiples terapias diferentes a la vez».

Barrera biológica: el oxígeno

Si bien las farmacias biológicas implantables podrían transformar el tratamiento de numerosas enfermedades, estas diminutas fábricas celulares se han topado con una persistente barrera biológica: el oxígeno. Cuando las células modificadas genéticamente se agrupan dentro de un implante, compiten por el oxígeno para sobrevivir. Sin un suministro suficiente, muchas células mueren, lo que limita la cantidad de medicamento que el implante puede producir.

Con HOBIT, el equipo de Northwestern, Rice y Carnegie Mellon abordó este desafío desarrollando un sistema que genera oxígeno directamente donde las células lo necesitan. Este trabajo se basa en un estudio de 2023, en el que Rivnay y sus colaboradores demostraron un pequeño dispositivo electroquímico que generaba oxígeno mediante la división de moléculas de agua cercanas.

Sistema inalámbrico

Si bien aquel estudio anterior, publicado en Nature Communications, demostró que el suministro local de oxígeno podía mejorar drásticamente la supervivencia de las células terapéuticas implantadas, la nueva investigación va un paso más allá. De esta forma, integra esta tecnología de generación de oxígeno en un sistema inalámbrico totalmente implantable, diseñado para brindar soporte a terapias a largo plazo.

HOBIT consta de tres componentes principales: una cámara celular para albergar las células modificadas genéticamente, un generador de oxígeno en miniatura y componentes electrónicos y una batería para regular la producción de oxígeno y comunicarse de forma inalámbrica con dispositivos externos. Dado que el dispositivo produce oxígeno directamente dentro del implante, las células reciben un suministro constante, incluso en entornos con bajo nivel de oxígeno.

«Estamos produciendo oxígeno directamente donde las células lo necesitan», explica Rivnay. «Esto nos permite mantener densidades celulares mucho mayores en un espacio mucho menor. Las densidades celulares en HOBIT fueron aproximadamente seis veces superiores a las de los métodos de encapsulación convencionales sin oxígeno».

Modelos animales más grandes

Para demostrar las capacidades de la plataforma, los investigadores modificaron genéticamente células para producir tres productos biológicos diferentes, cada uno con una vida media distinta. El equipo implantó los dispositivos bajo la piel de ratas y monitorizó los niveles de fármacos en el torrente sanguíneo de los animales durante 30 días.

En los animales con implantes oxigenados, los análisis de sangre mostraron niveles sostenidos de los tres fármacos biológicos durante todo el período de estudio. En los animales con dispositivos sin oxigenación, los fármacos biológicos con una vida media más corta se volvieron indetectables al séptimo día. Las moléculas con una vida media más larga disminuyeron progresivamente con el tiempo.

Al final del período de prueba, aproximadamente el 65% de las células en los dispositivos oxigenados permanecieron viables, en comparación con aproximadamente el 20% en los dispositivos de control.

A continuación, el equipo de investigación planea probar la tecnología en modelos animales más grandes y explorar aplicaciones específicas para enfermedades, incluidas terapias basadas en células pancreáticas trasplantadas.

«Estamos empezando a ver cómo la bioelectrónica y la terapia celular pueden trabajar juntas en una sola plataforma», concluye Rivnay. «A medida que estas tecnologías sigan desarrollándose, dispositivos como este podrían llegar a funcionar como fábricas de fármacos programables dentro del cuerpo, administrando terapias complejas de maneras que hoy en día son simplemente imposibles».