Con una innovadora técnica, científicos del MIT logran leer el ARN de una célula viva sin destruirla

Investigadores del Broad Institute y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron un método para que las células vivas exporten su ARN y permitan analizar sus transcriptomas —el conjunto de moléculas de ARN que producen— sin ser destruidas. La técnica ofrece mediciones sucesivas sobre una misma población celular y permite observar cómo cambia la actividad genética durante la maduración, ante estímulos experimentales, enfermedades o tratamientos farmacológicos, informó MIT News, el portal de noticias del instituto.

El sistema, descrito en la revista científica Cell, se basa en partículas similares a virus que transportan ARN desde el interior de la célula hacia el medio líquido de cultivo. Los científicos toman muestras de ese líquido, aíslan el material genético y lo secuencian (leen su información) sin alterar las células que lo produjeron.

La estrategia también permitió seguir la actividad de los genes en células endoteliales —las que recubren los vasos sanguíneos— dentro de dispositivos de órgano en un chip, modelos que imitan aspectos de la fisiología de los órganos. Allí, los cambios en los genes vinculados con la formación de redes vasculares dependieron del origen de los fibroblastos de soporte —células de acompañamiento—, provenientes del útero o del pulmón.

Extracción de ARN celular con partículas virales

Los métodos habituales para estudiar un transcriptoma requieren destruir la célula y solo ofrecen una imagen de su estado en un momento determinado. El nuevo enfoque busca reemplazar esa limitación por un mecanismo de autorreporte celular.

El desarrollo comenzó hace más de una década en el laboratorio de Paul Blainey, integrante central del Broad Institute y profesor de ingeniería biológica en el MIT. El equipo buscaba una forma de secuenciar ARN sin matar las células, con un método que otros laboratorios pudieran adoptar con facilidad y aplicar a gran escala.

Blainey comparó las técnicas disponibles con procedimientos invasivos: “Los métodos existentes eran un poco medievales e implicaban pinchar células o cortarles partes”. La inspiración central llegó de los retrovirus —un tipo de virus que almacena su información genética en ARN—, aunque tecnologías moleculares como las basadas en CRISPR también influyeron como referencia por su facilidad de adopción y escalabilidad.

Durante millones de años, los retrovirus adquirieron la capacidad de encerrar su material genético en cubiertas proteicas y trasladarlo de una célula infectada a otra. Los investigadores adaptaron ese mecanismo al diseñar 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 origina 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.

Mohamad Najia, investigador del laboratorio de Blainey y del laboratorio de George Daley en el Boston Children’s Hospital, sostuvo que la alternativa molecular podría ampliar el acceso a estas 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, además de células primarias de donantes humanos. También se probó en un cultivo con dos tipos de células humanas que crecían juntas.

Para distinguir las señales de ambas poblaciones, el equipo añadió etiquetas a las partículas similares a virus. Ese recurso permitió identificar durante el análisis qué ARN procedía de cada tipo celular.

El método puede resultar útil 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. Estos modelos pueden reducir la necesidad de pruebas preclínicas o en animales, aunque su complejidad dificulta extraer células para analizarlas.

El equipo del Broad Institute trabaja ahora para adaptar el método al estudio de células individuales y busca nuevas aplicaciones biológicas para el sistema. Blainey definió el resultado como la concreción de una idea que, cuando comenzó el proyecto, parecía “completa ciencia ficción”.