Las células son las unidades fundamentales de la vida y comprenden la diversidad de todos los seres vivos de la Tierra, tanto células individuales como organismos multicelulares. Para comprender mejor cómo las células realizan las funciones vitales más importantes, los científicos han comenzado a desarrollar células sintéticas: fragmentos inertes de bioquímica celular envueltos en una membrana que imita procesos biológicos específicos.
Los investigadores están elaborando un documento fundacional para el desarrollo de células sintéticas. El desarrollo de células sintéticas podría algún día proporcionar respuestas a preguntas sobre el desarrollo de nuevas formas de combatir enfermedades, el apoyo a los vuelos espaciales tripulados a largo plazo y una mejor comprensión de los orígenes de la vida en la Tierra.
En un artículo publicado en la revista ACS Synthetic Biology a principios de 2024, los investigadores describen las oportunidades que podría ofrecer el desarrollo de células sintéticas y los retos que se avecinan en esta investigación pionera. También presentan una hoja de ruta para inspirar y guiar la innovación en este apasionante campo.
«El potencial de este campo es increíble», afirmó Lynn Rothschild, autora principal del artículo y astrobióloga del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. «Nos honra liderar este grupo y desarrollar lo que creemos que será un documento fundamental, un recurso que impulsará el avance de este campo».
El desarrollo de células sintéticas podría traer muchos beneficios a la humanidad. Analizar las complejidades de la creación celular podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo evolucionaron originalmente o allanar el camino para la creación de nuevas formas de vida más resistentes a condiciones adversas como la radiación o las bajas temperaturas.
El desarrollo de células sintéticas podría llevar a los investigadores a nuevos avances en la ciencia de los alimentos y la medicina, así como a una mejor comprensión de los orígenes de la vida en la Tierra. NIH/Rhoda Baer
Estas innovaciones también podrían conducir a avances en la ciencia de los alimentos y la medicina: mejorar la eficiencia de la producción de alimentos, detectar contaminantes durante la producción o desarrollar nuevas funciones celulares que podrían conducir a nuevos tratamientos para enfermedades crónicas e incluso a trasplantes de órganos sintéticos, informa el servicio de prensa de la NASA.
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La creación de células sintéticas también podría responder algunas de las preguntas más importantes sobre la posibilidad de vida más allá de la Tierra.
«El reto de crear células sintéticas nos permite comprender si estamos solos en el universo», afirmó Rothschild. «Estamos empezando a desarrollar habilidades que nos permiten no solo crear análogos sintéticos de la vida que podría existir en la Tierra, sino también considerar vías hacia la vida que podrían formarse en otros planetas».
A medida que continúa la investigación sobre el desarrollo de células sintéticas, Rothschild ve oportunidades que podrían ampliar nuestra comprensión de la complejidad de la vida natural.
La vida es algo asombroso. Explotamos constantemente el potencial de las células: construimos casas de madera, usamos cuero para hacer zapatos y respiramos oxígeno. La vida es asombrosamente precisa, y si la aprovecháramos, sería increíble lo que podríamos lograr.
Científicos han construido una célula cerebral humana funcional a partir de sal y agua. Durante mucho tiempo, los científicos han imitado las sinapsis humanas con materiales sólidos comunes, pero un nuevo estudio intenta recrearlas con ingredientes extremadamente simples: agua y sal.
Al recrear las sinapsis humanas utilizando el mismo entorno que nuestro cerebro biológico, los dispositivos conocidos como memristores iontrónicos pueden imitar la plasticidad de corto plazo que se encuentra en nuestros cerebros.
Aunque la computación neuromórfica (similar a la del cerebro) está en sus inicios, proyectos multimillonarios que intentan replicar las capacidades neurológicas del cerebro muestran que el memristor de agua podría desbloquear nuevos niveles de potencia y eficiencia computacionales.
Desde que ENIAC mostró por primera vez sus unos y ceros en sus pantallas en la década de 1940, las computadoras han logrado avances tecnológicos asombrosos. En menos de un siglo, computadoras que antes ocupaban habitaciones enteras se han vuelto incomparablemente más rápidas y eficientes, e incluso pueden llevarse en la cara (por alguna razón). Si bien este colosal avance, logrado en casi una vida humana, es una notable proeza de ingeniería, palidece en comparación con los miles de millones de años de evolución continua que han llevado al desarrollo de uno de los dispositivos informáticos más impresionantes jamás creados: el cerebro humano.
Por supuesto, imitar la naturaleza es una estrategia bien conocida en campos como la ciencia de los materiales, la medicina e incluso la agricultura. Entonces, ¿podría copiar el cerebro humano conducir a un gran avance en la inteligencia artificial? La respuesta corta es «sí», y la respuesta larga es «totalmente de acuerdo».
Científicos de la Universidad de Utrecht (Países Bajos), que exploran el campo emergente de la computación neuromórfica iontrónica, han creado con éxito un dispositivo artificial que imita las sinapsis del cerebro humano. El dispositivo, de tan solo 150-200 micrómetros de diámetro (un cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 100 micrómetros), utiliza sal y agua para procesar información compleja, de forma similar a como la procesa nuestro cerebro. Los detalles de este dispositivo, pionero en su tipo, se publicaron en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en abril de 2024.
«Si bien ya existen sinapsis artificiales capaces de procesar información compleja basadas en materiales sólidos, somos los primeros en demostrar que esto se puede lograr utilizando agua y sal», declaró Tim Kamsma, estudiante de doctorado de la Universidad de Utrecht y autor principal del estudio, en un comunicado de prensa. «Reproducimos eficazmente el comportamiento neuronal utilizando un sistema que comparte el mismo entorno que el cerebro».
IMAGEN TEK/BIBLIOTECA DE FOTOS CIENTÍFICAS/Getty Images
El dispositivo, conocido como memristor iontrónico (resistencia de memoria), desarrollado por científicos surcoreanos, tiene forma de cono y está lleno de una solución de agua y sal. Al aplicar un pulso eléctrico al dispositivo, los iones se mueven por el canal, alterando el entorno iónico circundante. Si el pulso es particularmente fuerte o prolongado, la conductividad del canal cambia, lo que provoca el fortalecimiento o debilitamiento de las conexiones neuronales.
Los científicos también descubrieron que la longitud del canal influye en el tiempo que tardan los cambios en desaparecer. Según Kamsma, esto significa que los memristores iontrónicos pueden configurarse para recordar cargas eléctricas previas, «similar a los mecanismos sinápticos observados en nuestro cerebro».
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La supercomputadora australiana DeepSouth aspira a ser la primera máquina en simular las sinapsis del cerebro humano. Si bien esta investigación se ha centrado en materiales sólidos tradicionales, el trabajo de Kamsma sugiere que un memristor de agua podría ser más adecuado para reproducir la plasticidad sináptica a corto plazo de nuestro cerebro.
«Este es un paso importante hacia la creación de computadoras que no solo puedan imitar los patrones de comunicación del cerebro humano, sino que también utilicen el mismo entorno», afirmó Kamsma. «Esto podría, en última instancia, allanar el camino para sistemas informáticos que repliquen con mayor precisión las extraordinarias capacidades del cerebro humano».
La IA está acercando a los científicos al mapeo del caos organizado dentro de nuestras células. A medida que la inteligencia artificial permea diversos ámbitos de nuestra sociedad, también se infiltra rápidamente en otros. Un área donde está realizando una contribución significativa es la ciencia de las proteínas.
Hablamos de las moléculas que impulsan nuestras células. La IA ha avanzado en este campo al predecir el aspecto de estas máquinas moleculares, lo que indica a los científicos cómo realizan su trabajo, desde procesar nuestros alimentos hasta convertir la luz en azúcar.
El interior de una célula es un sistema complejo de interacciones entre moléculas. Keith Chambers/Science Photo Library
Los científicos de Google DeepMind han llevado su modelo de predicción de proteínas al siguiente nivel con el lanzamiento de AlphaFold3. Este programa, basado en IA, puede predecir la forma única de las proteínas, así como prácticamente cualquier otro tipo de molécula a la que una proteína se une para funcionar.
El productor Burley McCoy conversa con la presentadora Emily Kwong sobre el impacto potencial y las limitaciones de esta nueva tecnología. También abordan el campo más amplio de la investigación de proteínas de IA y por qué los investigadores esperan que ayude a resolver diversos problemas, desde enfermedades hasta el cambio climático.
Actualmente, algunos modelos de laboratorio combinan dos o más organoides cerebrales para formar un «ensamblioide» que puede simular interacciones intercelulares entre diferentes regiones del cerebro.
En este sentido, el equipo de investigación afirmó que el campo necesita considerar con antelación nuevos marcos éticos y regulatorios si los organoides conscientes se convierten en una realidad.
Los científicos generalmente creen que los organoides cerebrales (agrupaciones tridimensionales de tejido que imitan ciertas estructuras cerebrales) son demasiado simples para sustentar la consciencia. Sin embargo, a medida que los organoides cerebrales se vuelven cada vez más complejos, existe la posibilidad teórica de que algunos de ellos puedan algún día superar este umbral.
Los organoides cerebrales creados hasta la fecha suelen representar solo una parte del cerebro. Se utilizan para estudiar el desarrollo cerebral, las enfermedades y los efectos secundarios de los fármacos sin necesidad de animales ni cerebros humanos.
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