Des del gener del 2018, Javier Macía dirigeix al Departament de Ciències Experimentals i de la Salut, Universitat Pompeu Fabra (DCEXS-UPF) el laboratori de biologia sintètica per aplicacions biomèdiques – tot i que treballen també en productes industrials i mediambientals.
“Nosaltres no fem biologia; fem enginyeria, però utilitzant com a peces elements biològics”, explica el cap del grup. Això si, hi ha una part de la recerca del grup, més fonamental, que intenta entendre els principis darrera dels dispositius biològics que generen. Els circuits genètics segueixen les mateixes lleis que els elèctrics; quan puges l’expressió d’un gen, et baixa la de l’altre, perquè els recursos cel·lulars són limitats. Per això quan posen peces juntes no funcionen igual que per separat. I és per això que cal entendre’n el funcionament i fer models matemàtics i prediccions abans de crear els sistemes.
Els circuits genètics segueixen les mateixes lleis que els elèctrics; quan puges l’expressió d’un gen, et baixa la de l’altre, perquè els recursos cel·lulars són limitats.
Macía fa una analogia amb l’enginyeria: “en biologia sintètica encara estem en l’etapa de posar un camió sobre el pont després d’haver fet el pont, a veure si s’aguanta; si no, el construïm de nou d’una altra manera”. Entendre els principis darrera del que dissenyen ajudaria a poder fer prediccions i evitar els costos d’aquesta manera de treballar per ‘prova i error’.
El grup és petit – cinc estudiants de doctorat, més alguns col·laboradors externs – però entre projectes propis i col·laboracions, tenen cinc projectes en marxa. “Els membres del grup tenen un interès molt multidisciplinari; tots participen en tots els projectes, i tots toquen tant la part experimental com la computacional”, explica el líder del laboratori.
Càpsules contra la diabetes
El grup compta amb un ajut de la Marató – junt amb Francesc Posas, actualment a l’IRB, l’Hospital Sant Joan de Dèu i la Universitat de Vitoria – per construir uns dispositius cel·lulars que controlin els nivells de glucosa. Es tracta de cèl·lules humanes manipulades genèticament per tenir uns sensors de glucosa que, quan toca, generen insulina i la secreten. A Vitoria han ‘encapsulat’ aquestes cèl·lules (han creat unes nanocàpsules on les cèl·lules queden atrapades). Aquestes càpsules estan ara sent injectades a ratolins. Aquest sistema de càpsules té l’avantatge que és reversible, perquè no s’integren enlloc, sinó que queden aïllades, ‘flotant’ en el teixit, de manera que es podrien treure si calgués, explica Macía.
També han desenvolupat un algoritme que troba les ingestes idònies per controlar les corbes glucèmiques i han confirmat, en ratolins, que només modulant els patrons de menjar, es poden reduir les corbes d’hiperglucèmia. “Combinar les càpsules i els patrons d’ingesta seria molt interessant”, diu el físic. Però la modulació de la ingesta per si sola és, de fet, ja interessant, sobretot per persones amb pre-diabetes tipus II. Aquestes podrien evitar arribar a punxar-se insulina si controlen quan i com mengen, seguint les indicacions de l’algoritme. “El model computacional que estem fent servir de la fisiologia humana és molt bo; de fet està aprovat per la FDA per a la seva utilització en assajos clínics”, confirma el científic. “El nostre objectiu final seria tenir una app o alguna cosa semblant que suggereixi als diabètics què menjar i quan, i que els recalculi la dieta si per exemple no han pogut evitar menjar un croissant quan no tocava…”.
El nostre objectiu final seria tenir una app o alguna cosa semblant que suggereixi als diabètics què menjar i quan per a controlar la seva glucèmia.
Cèl·lules intel·ligents
Un altre dels projectes del grup – més exploratori i finançat per les Forces Aèries (U.S. Air Force) i l’Armada d’Estats Units (U.S. Navy) – consisteix en crear sistemes cel·lulars amb capacitat d’autoaprenentatge. Fa anys que els científics són capaços de dissenyar cèl·lules que detectin la presència de certs marcadors i responguin segons la combinació d’aquests marcadors. Però el grup es planteja si les cèl·lules podrien autoprogramar-se, és a dir modificar el seu ADN elles mateixes en funció de les senyals que rebin.
“El què hem fet ha estat construir cèl·lules que tenen tots els circuits genètics possibles, però inactivats. La idea és que la cèl·lula, quan es trobi una combinació de senyals específica, la reconegui i modifiqui el seu ADN; amb recombinases, tallant per aquí i enganxant per allà, de forma que acabi tenint el circuit específic d’interès, d’entre tots els potencials que tenia inicialment. Això seria útil per exemple si les cèl·lules estan en localitzacions on no hi podem anar per a programar-les nosaltres, com per exemple una estació espacial”, afirma el cap del grup.
Sensors de paper
Un tercer projecte, finançat per un Plan Nacional i relacionat amb aquest darrer, intenta fer circuits de cèl·lules sensores que detectin una combinació de senyals complexa. Curiosament, aquestes cèl·lules les estan imprimint en paper, amb “tintes cel·lulars”. Amb una impressora de tinta normal, omplen els cartutxos amb un medi de cultiu cel·lular més un agent espessidor. Cada cartutxo té un tipus de cèl·lules diferents. A l’imprimir-les, les cèl·lules queden atrapades dins el paper, on segueixen creixent i són capaces d’alliberar senyals que viatgen pel paper i arriben a altres cèl·lules.
A l’imprimir-les, les cèl·lules queden atrapades dins el paper, on segueixen creixent i són capaces d’alliberar senyals que viatgen pel paper i arriben a altres cèl·lules.
La raó per fer això en paper és eminentment pràctica; és barato i fàcil d’adaptar-ho a ús industrial – es poden imprimir 10,000 unitats al dia -, així com molt reproduïble, perquè les impressores són molt precises. Un dels potencials usos, segons Macía, seria per identificar, per exemple, el risc de preeclàmpsia. Aquest no depèn d’un sol marcador, sinó d’una complexa combinació de paràmetres. Aquest conjunt de cèl·lules (diferents cèl·lules vivint a diferents llocs del paper i comunicant-se entre elles) podrien utilitzar-se com una tira reactiva per detectar diferents marcadors, analitzar-los i determinar el risc d’una dona embarassada de patir aquest trastorn.
Una spin-off per a descontaminar
El projecte més potent del grup ara mateix, BIOM, va néixer amb una clara orientació de transferència tecnològica. De fet, té previst convertir-se en una spin off (amb participació de la UPF) aquesta tardor. “Tot va començar quan un inversor privat ens va contactar amb un problema de fems”, somriu Macía. “Inicialment era quasi un hobbie, però vam veure que tenia potencial, i el vam portar a la universitat. Vam aconseguir finançament del programa ‘Llavor producte’ de l’AGAUR, i ara estem buscant inversors”. El projecte consisteix en valoritzar els residus ramaders, concretament els purins (fems líquids).
Hi ha 8 milions de porcs a Catalunya; junt amb la Xina i Alemanya, és de les regions amb un major consum de porc. I un porc genera uns 6 litres de purins al dia. De fet, la Generalitat ha aprovat una moratòria de dos anys; no es poden obrir noves explotacions porcines, ni ampliar-ne d’existents, perquè el problema de contaminació és greu, amb més del 47% dels aqüífers contaminats.
Ja fa temps que s’utilitza la biotecnologia per a modificar microorganismes que ajudin a descontaminar o eliminar residus. Però si aquests sistemes no donen diners, no són sostenibles des d’un punt de vista econòmic. De fet això ja ha succeït vàries vegades, explica l’investigador; bones iniciatives han mort quan han arribat les crisis perquè ha deixat d’haver-hi finançament. Per això, el grup s’ha plantejat no tan sols eliminar el problema (en aquest cas els purins), sinó transformar-lo en alguna cosa útil – i amb valor comercial.
La biotecnologia permet modificar microorganismes que ajudin a eliminar residus, però molts d’aquests sistemes no són sostenibles a nivell econòmic. El grup de Macía ha trobat com reconvertir aquests residus en una cosa útil i amb valor.
En concret, estan convertint els purins en bioplàstics i adhesius per a fusta. “Els adhesius que s’utilitzen per compactar la fusta tradicionalment estan fets de urea i formaldehid, però ara se sap que aquest és cancerigen quan passa a fase gasosa. La Unió Europea està fent una normativa molt restrictiva, però no hi ha alternativa industrial real… Nosaltres n’estem creant una”. Els investigadors fan servir unes soques bacterianes fotosintètiques que absorbeixen els contaminants dels purins i produeixen una sèrie de polisacàrids amb propietats adhesives i de resistència ideals per aquest ús.
Apart de desxifrar la tecnologia, cal tenir en compte el cost de portar això a la pràctica. “En un context acadèmic normalment no es tenen en compte els costos del mercat, i és essencial fer-ho. En el nostre cas, per exemple, no seria factible transportar els purins a una factoria de processament de purins si està a més de 10km de l’explotació ramadera, perquè el cost del transport seria major que el benefici!”. Però els científics han trobat una solució: han creat un nou tipus de fotobioreactor, amb una capacitat de 40.000 litres, que permet processar els purins in situ, a les pròpies granges. Ara estan estudiant com llicenciar aquesta tecnologia, alhora que construint una planta pilot.
Aquest sistema també podria servir per tractar les aigües residuals humanes, i el grup està ja en contacte amb Aigües de Barcelona. “M’agrada perquè els nostres projectes són molt diversos. I són divertits!”, conclou Macía.
