Científicos del MIT logran leer ARN de células vivas sin destruirlas con técnica innovadora

Hace más de una década, Paul Blainey y su equipo en el Broad Institute del MIT se enfrentaban a un problema fundamental de la biología moderna: para leer el código genético de una célula viva, había que matarla. Los métodos convencionales exigían destruir la célula para extraer su ARN y analizar su transcriptoma —el conjunto completo de moléculas de ARN que produce en un momento dado—. Esto significaba que los investigadores solo podían obtener una fotografía estática, un instante congelado de la actividad genética. Si querían ver cómo cambiaba esa actividad con el tiempo, ante un estímulo, durante una enfermedad o bajo un tratamiento farmacológico, necesitaban matar más células, una y otra vez.

Blainey describió los métodos existentes con una franqueza que revelaba su frustración: eran invasivos, casi medievales, implicaban pinchar células o cortarles partes. La solución llegó de un lugar inesperado: los retrovirus, virus que almacenan su información genética en ARN y que, durante millones de años de evolución, desarrollaron la capacidad de encerrar su material genético en cubiertas proteicas y trasladarlo de una célula a otra sin destruirla. Los investigadores adaptaron ese mecanismo ancestral. Diseñaron células de mamíferos que producen una proteína estructural retroviral capaz de encapsular tanto ARN viral como ARN celular. La proteína se integra en la membrana celular, reúne el ARN de la propia célula y forma una cubierta que genera una partícula similar a un virus. Esa partícula se desprende de la membrana y pasa al líquido que rodea la célula, donde queda disponible para su recuperación y análisis.

El resultado, publicado en la revista Cell, es un sistema de autorreporte celular que permite a los científicos tomar muestras del líquido de cultivo, aislar el material genético y secuenciarlo —leerlo— sin alterar las células que lo produjeron. Mohamad Najia, investigador del laboratorio de Blainey y también del Boston Children's Hospital, explicó la importancia práctica del hallazgo: frente a métodos que requieren robótica sofisticada o biopsias mecánicas de células, esta solución codificada molecularmente podría facilitar mucho más el trabajo de un laboratorio promedio de ciencias de la vida o biomedicina, especialmente para responder preguntas dinámicas en el tiempo.

El equipo probó la técnica en múltiples contextos celulares: células humanas inmortalizadas, líneas celulares de cáncer, células madre y células neuronales derivadas de ellas, además de células primarias de donantes humanos. También funcionó en cultivos con dos tipos de células humanas creciendo juntas. Para distinguir las señales de ambas poblaciones, los investigadores añadieron etiquetas a las partículas similares a virus, lo que permitió identificar durante el análisis qué ARN procedía de cada tipo celular.

La técnica resultó particularmente valiosa en sistemas con estructuras tridimensionales que no conviene alterar para obtener muestras. En esferoides —agrupaciones tridimensionales de células cultivadas en laboratorio— de células endoteliales humanas, los investigadores registraron cambios en la actividad genética de corto plazo después de estimularlas mediante 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, modelos que imitan aspectos de la fisiología de los órganos reales. En estos dispositivos, los investigadores observaron cómo la actividad de genes vinculados con la formación de redes vasculares en células endoteliales dependía del origen de los fibroblastos de soporte —células de acompañamiento— que provenían del útero o del pulmón.

Estos dispositivos de órgano en un chip representan una frontera importante en la investigación biomédica porque pueden reducir significativamente la necesidad de pruebas preclínicas o en animales. Su complejidad, sin embargo, ha dificultado históricamente la extracción de células para analizarlas sin comprometer el sistema. El nuevo método resuelve ese problema. Al permitir mediciones sucesivas sobre una misma población celular sin destruirla, abre la posibilidad de observar cómo evolucionan los procesos biológicos en tiempo real, dentro de sistemas que se asemejan cada vez más a la fisiología humana real. Para laboratorios de todo el mundo, esto significa acceso más democrático a tecnología sofisticada y la capacidad de responder preguntas sobre la dinámica genética que antes requerían sacrificar las muestras.