¿Podría algo tan común como el café desempeñar un papel en el tratamiento del cáncer? Científicos del Instituto de Ciencias Biomédicas y Tecnología de Texas A&M Health creen que podría ser así. Su investigación combina la cafeína con CRISPR, una potente herramienta de edición genética conocida como repeticiones palindrómicas cortas e interespaciadas agrupadas regularmente, para explorar nuevas formas de tratar enfermedades crónicas como el cáncer y la diabetes. El enfoque se basa en una estrategia llamada quimiogenética, que permite a los investigadores controlar las células utilizando señales químicas específicas.
Yubin Zhou, profesor y director del Centro de Investigación Traslacional del Cáncer del Instituto de Ciencias Biomédicas y Tecnología, se centra en el estudio de las enfermedades a nivel celular, genético y epigenético. A lo largo de más de 180 publicaciones científicas, ha utilizado tecnologías avanzadas, incluyendo CRISPR y sistemas quimiogenéticos, para comprender mejor y potencialmente tratar enfermedades complejas.
La quimiogenética implica dirigir el comportamiento celular con pequeñas moléculas externas, a menudo medicamentos o compuestos dietéticos, que activan interruptores especialmente diseñados dentro de las células objetivo. A diferencia de los fármacos convencionales que pueden afectar a muchos tejidos del cuerpo, este método está diseñado para actuar solo en las células que han sido programadas para responder.
Cómo la Cafeína Activa la Edición Genética
El trabajo más reciente de Zhou se basa en descubrimientos anteriores sobre interruptores genéticos dentro de las células. Su equipo desarrolló un nuevo sistema quimiogenético que combina CRISPR con cafeína para controlar cuándo ocurre la edición genética.
El proceso comienza preparando las células con antelación. Utilizando técnicas establecidas de transferencia genética, los investigadores insertan genes que producen tres componentes clave: un nanobody, su proteína objetivo correspondiente y la maquinaria CRISPR. Una vez dentro de la célula, estos componentes se producen de forma natural. Después de esta preparación, el sistema puede ser controlado desde el exterior. Cuando una persona consume alrededor de 20 mg de cafeína, ya sea a través del café, el chocolate o los refrescos, esto provoca que el nanobody y su proteína asociada se unan. Esta interacción activa CRISPR, que luego lleva a cabo modificaciones genéticas específicas dentro de la célula.
Esta estrategia también hace posible activar las células T de formas que otros enfoques de edición genética no pueden. Las células T actúan como la memoria del sistema inmunológico, preservando las instrucciones de infecciones pasadas para que el cuerpo pueda responder rápidamente en el futuro. Poder encender estas células intencionalmente podría dar a los científicos una nueva herramienta para dirigir las respuestas inmunitarias contra enfermedades particulares.
Un Interruptor Genético Reversible
Los investigadores también descubrieron que ciertos fármacos pueden revertir el proceso. Estos fármacos provocan la separación de las proteínas unidas, lo que detiene la edición genética adicional. Este control adicional es importante para desarrollar terapias quimiogenéticas seguras y ajustables. En un entorno médico, los médicos podrían pausar temporalmente la actividad genética si un paciente experimenta estrés o efectos secundarios del tratamiento, y luego reiniciarla más tarde cuando las condiciones mejoren. Esto hace posible ajustar el control genético con el tiempo en lugar de dejarlo continuamente activo.
“También se pueden diseñar estas moléculas similares a anticuerpos para que funcionen con sistemas inducibles por rapamicina, por lo que al agregar un fármaco diferente como la rapamicina, se puede lograr el efecto opuesto”, dijo Zhou. “Por ejemplo, si inicialmente las proteínas A y B están separadas, agregar cafeína las une; por el contrario, si las proteínas A y B comienzan juntas, agregar un fármaco como la rapamicina puede hacer que se disocien”.
La rapamicina es un inmunosupresor ampliamente disponible que se utiliza tradicionalmente como régimen de prevención del rechazo en pacientes sometidos a trasplante de órganos. Funciona evitando que los glóbulos blancos ataquen material extraño en el cuerpo. Debido a que ya es asequible y de uso común, la rapamicina es una candidata sólida para aplicaciones en este nuevo sistema.
Caffebodies y Futuras Terapias para la Diabetes y el Cáncer
Cuando un nanobody especialmente diseñado responde a la cafeína, los investigadores se refieren a él como un “caffebody”. Zhou cree que estos caffebodies podrían eventualmente ayudar a tratar múltiples enfermedades. A largo plazo, los científicos podrían ser capaces de diseñar células que permitan a las personas con diabetes aumentar la producción de insulina simplemente bebiendo una taza de café.
La plataforma no se limita a la insulina. También se puede adaptar para controlar otras moléculas importantes, incluidas aquellas que regulan las células T. En el tratamiento del cáncer, por ejemplo, los caffebodies podrían incorporarse a las células T para que los médicos decidan cuándo, dónde y con qué fuerza el sistema inmunológico ataca los tumores.
En estudios con animales de laboratorio, el equipo descubrió que la cafeína y sus metabolitos, como la teobromina, que está abundantemente disponible en el chocolate o el cacao, pueden desencadenar esta respuesta y permitir la edición basada en CRISPR. Según Zhou, este enfoque es accesible, más fácil de manejar y puede causar menos efectos secundarios que algunas terapias existentes.
Control Preciso para la Terapia Génica y Celular
Aunque los científicos han explorado previamente formas de activar la edición genética con pequeñas moléculas, este sistema ofrece un control más estricto. Después de introducir la cafeína, los investigadores tienen una ventana limitada de unas pocas horas, o el tiempo de metabolización de la cafeína, para guiar la edición genética o los procesos fisiológicos relacionados. Luego, se puede administrar rapamicina como señal de parada, lo que provoca la separación de las proteínas y detiene la actividad. Pocas tecnologías actuales ofrecen este nivel de regulación coordinada de inicio y parada, lo que hace que el método sea especialmente prometedor tanto para la investigación como para el uso terapéutico.
“Es bastante modular”, dijo Zhou. “Se puede integrar en las células CRISPR y de receptor de antígeno quimérico T (CAR-T), y también si se desea inducir alguna expresión génica terapéutica como la insulina u otras cosas, y todo esto es totalmente ajustable de forma muy precisa”.
Zhou y sus colegas planean continuar las pruebas preclínicas e investigar usos médicos adicionales para los caffebodies y CRISPR. Su objetivo es acercarse a un futuro en el que compuestos familiares ayuden a guiar la medicina de precisión avanzada.
“Lo que nos entusiasma es la idea de reutilizar fármacos bien conocidos e incluso ingredientes alimenticios comunes como la cafeína para hacer trucos completamente nuevos”, dijo Zhou. “En lugar de actuar como terapias por sí mismos, moléculas como la cafeína o la rapamicina pueden servir como señales de control precisas para terapias celulares y génicas sofisticadas. Debido a que estos compuestos ya son bien conocidos, este enfoque abre un camino práctico hacia la traducción. Nuestra esperanza es que algún día, los médicos puedan utilizar entradas simples y familiares para ajustar con precisión terapias potentes de forma segura y reversible”.
