El desarrollo de células madre pluripotentes inducidas, es uno de los descubrimientos científicos más significativos de las últimas décadas, ya que permite a los científicos revertir las células adultas a un estado embrionario y luego manipularlas para convertirse en un tipo particular de tejido.

Pero un equipo de investigadores de las universidades de Michigan, Maryland y Harvard, han desarrollado un algoritmo que se salta ese ese paso intermedio, y brinda la posibilidad de programar directamente las células, para que se transformen en el tipo de célula específico que se requiera.

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El algoritmo de transformación celular se basa en un modelo de control matemático, que los investigadores han denominado control guiado por datos (DGC), el cual aprovecha los datos que ya tenemos sobre la actividad celular, la regulación de genes y la estructura y expresión del genoma, para predecir qué factores de transcripción aplicar y en qué momento del ciclo celular aplicarlos.

Las raíces de esta investigación se remontan más allá del descubrimiento de las células madre pluripotentes inducidas en 2006, cuando los investigadores del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson, descubrieron cómo convertir las células de piel adultas en células musculares, en 1989.

Lo hicieron al exponer las células a una proteína llamada factor de transcripción (TF), que ayuda a regular la expresión génica en las células, determinando cosas como el tipo de células en las que se convierten, además de la división celular, el crecimiento y la muerte.

En la investigación de 1989, el equipo trabajó con una molécula de TF llamada MyoD, y el equipo que descubrió la técnica para inducir células madre pluripotentes lo hizo manipulando células con TF llamadas POU5F1, SOX2, KLF4 y MYC.

Ahora, los científicos se basan en esa investigación sobre los TF y la han combinado con nuevos conocimientos sobre el ADN y las estructuras del genoma, para desarrollar un algoritmo matemático que predice con éxito los factores que reprograman las células.

En otras palabras, en lugar de usar sólo uno o unos pocos TF para manipular las células hacia la diferenciación, su modelo se basa en representaciones tridimensionales del genoma, llamadas datos Hi-C, a fin de determinar el momento y la secuencia correctos, para introducir TF y producir el tipos de células que se desean.

Si bien los investigadores han informado sobre cómo desarrollaron el algoritmo de transformación celular, aún no ha sido probado directamente, lo cual es algo que pretenden hacer ellos mismos, aunque también esperan que otros científicos de todo el mundo lo prueben en sus laboratorios. Mientras tanto, la Universidad de Michigan ha solicitado una patente sobre el algoritmo.

El profesor de la UM y coautor del estudio, Max Wicha, MD, señala: “Este trabajo tiene implicaciones importantes para la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos, ya que proporciona un modelo para generar cualquier tipo de célula deseada. Además demuestra el atractivo de combinar las matemáticas y la biología, para desentrañar los misterios de la naturaleza.”