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Robots biomédicos contra enfermedades raras y tumores

Un equipo científico de la Universidad de Oviedo y la empresa estadounidense Biomodels ha diseñado robots biomédicos que pueden resultar de gran ayuda en el estudio de enfermedades raras, neurodegenerativas e incluso cáncer.

El robot biomédico es un conjunto de herramientas de matemática aplicada, estadística y ciencias de la computación capaz de aprender dinámicamente de datos complejos. / UO

Investigadores de la Universidad de Oviedo han diseñado una herramienta para el estudio de patologías raras, neurodegenerativas y tumores. También se podrá aplicar en la búsqueda de medicamentos huérfanos y de nuevas dianas terapéuticas y para la selección de fármacos personalizados, en función de las necesidades de cada paciente.

Los robots permiten predecir fenotipos tanto en investigación clínica como traslacional

La investigación, que acaba de ser publicada por la revista Journal of Comutational Biology, recoge las principales conclusiones de la tesis doctoral de Enrique J. Andrés Galiana. El estudio es además fruto del trabajo conjunto de investigadores del grupo de Problemas Inversos del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Oviedo y de la empresa Biomodels, dirigida por el doctor Steve Sonis de la Universidad de Harvard.

Juan Luis Fernández Martínez, profesor del grupo de Problemas Inversos de la universidad asturiana, explica que estos robots permiten predecir fenotipos –la expresión de la información contenida en los genes en función de un ambiente determinado-- tanto en investigación clínica como traslacional.

Tratamientos personalizados

El docente añade que el robot biomédico es un conjunto de herramientas de matemática aplicada, estadística y ciencias de la computación capaz de aprender dinámicamente de datos complejos, conocidos con el término de big data, y de ayudar a los médicos a tomar decisiones y a plantear tratamientos personalizados en función de las necesidades de cada paciente, la denominada medicina de precisión.

“Se trata de simplificar la complejidad y de hacer el big data pequeño. Cuando uno comprende el problema hallando las variables que lo describen, todo se hace más sencillo. Parece Magia Borrás, pero no lo es, es parsimonia”, comenta Fernández.

Este grupo de investigación ha aplicado estos robots a tres enfermedades concretas: la leucemia linfocítica crónica, la miositis por cuerpos de inclusión, y la esclerosis lateral amiotrófica. En el caso de la leucemia, los resultados han mostrado la importancia de la Lipoproteína lipasa, una enzima que descompone los triglicéridos en ácidos grasos libres y glicerol. Para la miositis, un trastorno degenerativo inflamatorio de los músculos, los investigadores han descubierto la importancia de varios genes y la influencia de diferentes virus y bacterias en la génesis de esta enfermedad autoinmune, de forma que el sistema inmunitario confunde las proteínas propias con las generadas por el invasor.

De izquierda a derecha, Enrique J. Andrés Galiana y Juan Luis Fernández Martínez. / UO

Finalmente, en el caso de la esclerosis lateral amiotrófica, los robots han sido capaces de determinar la importancia de un grupo de proteínas –las caspasas—que controlan el mecanismo de muerte celular programada y que en modelos animales transgénicos se han relacionado también con la mutación del gen SOD1. También aparecen vías relacionadas con el virus Epstein-Barr. Obviamente, todos estos hallazgos, indica el investigador, necesitan confirmación y refrendo clínico.

En esclerosis lateral amiotrófica, han determinado la importancia de unas proteínas que controlan la muerte celular programada

El diseño de esta nueva metodología ha tenido que superar varias dificultades. Fernández destaca que uno de los mayores retos en la predicción de fenotipos y su uso en clínica es el gran carácter indeterminado que poseen estos datos. “Trabajamos con chipsque miden el nivel de expresión de los genes monitorizados en el ARN en diferentes células del organismo. Utilizamos un número alto de sondas, del orden de 50.000, mientras que el de pacientes no excede de la centena”, comenta.

Según Fernández, “encontrar el conjunto de genes responsables de un determinado fenotipo es como buscar una aguja en un pajar o abrir un caja fuerte con múltiples combinaciones de apertura”.

Redes genéticas

El trabajo ha permitido desarrollar herramientas capaces de escrutar el poder discriminatorio de los genes y de buscar las diferentes redes genéticas que están involucradas en su desarrollo. “Normalmente no solo hay un gen implicado, sino que trabajan en sinergia lo que hemos denominado Headers, genes cabecera, que explican gran parte del fenotipo y a los que deberían ir dirigidos los tratamientos, y Helpers, genes ayudantes, que sirven para aportar los detalles en la discriminación”, subraya.

Esta metodología se puede utilizar con diferentes tipos de datos genéticos. El mismo equipo la ha aplicado recientemente al estudio de toxicidades en fármacos y, en un futuro próximo, se publicarán también los resultados obtenidos con la enfermedad de Parkinson y de Alzheimer. “El proyecto Finisterrae, como se ha bautizado, abre, por lo tanto, perspectivas halagüeñas para la búsqueda de soluciones a diferentes enfermedades raras y neurodegenerativas”, concluye.

Referencia bibliográfica:

Enrique J. Andrés Galiana et al "Design of Biomedical Robots for Phenotype Prediction Problems". Journal of Comutational Biology (2016)

Fuente: Universidad de Oviedo
Derechos: Creative Commons
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