IRIS: la herramienta que interpreta el lenguaje oculto de las células durante el desarrollo embrionario

Un equipo del Instituto Whitehead, dependiente del Instituto Tecnológico de Massachusetts, presentó a IRIS, un sistema de inteligencia artificial capaz de descifrar los mensajes químicos que reciben las células durante el desarrollo embrionario y anticipar el tipo de tejido que formarán. La herramienta fue probada con éxito en embriones de ratón y abre una nueva vía para investigar enfermedades pulmonares como el asma y la fibrosis.

El problema que aborda la herramienta

Las células del cuerpo humano no trabajan de forma aislada. Durante las primeras etapas del embrión, se comunican mediante señales químicas que les indican en qué tipo de célula deben convertirse: una neurona, una célula cardíaca o un componente del pulmón. Comprender ese sistema de comunicación constituyó, hasta el momento, uno de los desafíos más complejos de la biología del desarrollo, según detallaron los autores del trabajo.

Cómo funciona el sistema en tres pasos

IRIS se apoya en una estrategia conocida como aprendizaje por transferencia, la misma técnica que permite a un sistema entrenado en un idioma reconocer patrones en otro. Pulin Li, investigadora del Instituto Whitehead y profesora de biología en el MIT, lo describió de este modo: Piensa en los sistemas de reconocimiento de voz como Siri, que se entrenan principalmente en inglés, pero que luego utilizan ese entrenamiento para reconocer otros idiomas.

• Entrenamiento básico: el sistema aprende a identificar una señal química concreta dentro de un grupo definido de células madre, tanto de ratón como humanas.
• Combinación masiva: los investigadores activan y desactivan de forma controlada seis señales químicas distintas y las combinan de miles de maneras posibles.
• Predicción del destino celular: a partir de los patrones registrados, IRIS anticipa qué tipo de tejido formará la célula según la combinación de señales que reciba.

El resultado es un mapa de correspondencias entre señales químicas y actividad genética que permite al sistema pronosticar el futuro de cada célula con un nivel de precisión inédito.

Los resultados obtenidos en el laboratorio

En pruebas con embriones de ratón, IRIS anticipó con precisión cuáles son las señales que conducen a la formación del corazón, los intestinos, los músculos y la médula espinal. Además, el sistema superó una evaluación sobre segmentación embrionaria, un proceso en el que el cuerpo se organiza en partes respondiendo a señales que llegan desde dos direcciones opuestas, pese a no haber sido entrenado específicamente para esa tarea. Cuando se lo evaluó con tipos de células nerviosas que nunca había procesado, sus predicciones coincidieron con el conocimiento previo sobre la formación del sistema nervioso.

Aplicación concreta y proyección hacia la clínica

Los investigadores ya utilizaron a IRIS para mejorar el cultivo de tejido pulmonar en laboratorio, un avance con implicancias directas para el estudio de enfermedades respiratorias como el asma y la fibrosis pulmonar. De acuerdo con lo informado por el equipo, el siguiente paso consiste en extender estas pruebas a otros tejidos humanos y evaluar su incorporación en protocolos de medicina regenerativa. La investigadora Pulin Li señaló que el objetivo es que esta clase de herramientas contribuya a acelerar el desarrollo de terapias celulares y al diseño de tratamientos personalizados, aunque todavía no se precisaron plazos para su llegada a entornos clínicos.