En 2023, el Foro Económico Mundial nombró a la bioconvergencia como una megatendencia que redefinirá el siglo XXI. Según un artículo publicado en el sitio web del Foro Económico Mundial (FEM), la biología y la ciencia de datos están en curso de colisión. Pero como todas las colisiones, si las partículas correctas de una sustancia se encuentran en la orientación correcta, el resultado será un cambio exitoso.
Imec está de acuerdo con esta idea y ha construido su estrategia sanitaria en torno a la bioconvergencia. En ITF World 2024 en Lovaina, Charlotte D’Hulst, gerente de cartera de ciencias biológicas de Imec, destacó algunos de los proyectos en los que está trabajando la organización belga de investigación y tecnología para llevar su experiencia en tecnología de semiconductores al mundo de las ciencias biológicas.
Todos hemos oído lo que ChatGPT puede hacer con el lenguaje natural, afirmó D’Hulst. La biología es otro lenguaje natural, construido a partir de unas pocas letras que son mucho más complejas cuando se ensamblan en lo que llamamos nuestro código genético.
Pero, como se señaló a los investigadores de Imec durante un reciente evento del Día del Inversor de Gingko Bioworks, la biología es un problema mucho más complejo de abordar y no entendemos todas las reglas. Antes de que podamos aplicar el poder de los grandes modelos de lenguaje (LLM) a la IA generativa (GenAI) para la biología, debemos comprender mejor cómo funciona la biología y digitalizar lo que ya sabemos.
Según D’Hulst, actualmente menos del 1% de los datos biológicos existentes son accesibles. Necesitamos herramientas para convertirlo en un lago de datos de información biológica que pueda usarse para entrenar algoritmos de IA.
Las herramientas incluirían microscopios moleculares más sofisticados que nos permitan comprender a un nivel más profundo lo que sucede dentro de las células y cómo las células se comunican entre sí.
“Imec ha ayudado a arrojar nueva luz sobre algunos aspectos de la biología al observar con una resolución sin precedentes la estructura de las proteínas, el ADN de lectura larga e incluso el cerebro”, dijo D’Hulst.
“Pero si bien ya se han logrado muchos avances utilizando tecnología moderna, como la secuenciación de próxima generación para leer biología y CRISPR/Cas9 para editar biología, los avances son sólo la punta del iceberg”.
Cinco áreas de tecnología bioconvergente entran en foco
Una de las tecnologías bioconvergentes en las que trabaja Imec tiene que ver con la biología sintética.
“Si miramos los componentes básicos que se utilizan para desarrollar terapias de próxima generación y en biología sintética para comprender o incluso crear nueva vida, todo se reduce a los ácidos nucleicos, especialmente el ADN, lo que lo convierte en un componente clave de muchos I+D relacionada con la salud”, afirmó D’Hulst.
Si bien el costo de la secuenciación del ADN (lectura del ADN) se ha reducido en seis órdenes de magnitud en los últimos 20 años, la síntesis rentable del ADN (escritura del ADN) sigue siendo un desafío. Todavía cuesta aproximadamente lo mismo hoy que hace 20 años.
Imec también está trabajando en escalabilidad, pero la forma en que la tecnología escala depende de la aplicación. Para el desarrollo de fármacos y la biología sintética, escalar significa paralelismo: producir simultáneamente secuencias únicas para examinar millones de soluciones candidatas diferentes. Pero en el caso de la medicina de precisión, donde se necesita una dosis única de medicamento para un paciente específico, la escala es completamente diferente.
“Estamos desarrollando esquemas altamente escalables para electrodos, incluido el posprocesamiento de conjuntos de electrodos en circuitos de aplicaciones específicas, de modo que los fabricantes puedan controlar la síntesis de hasta cientos de millones de ácidos nucleicos individuales”, dijo D’Hulst. “Imec también está abordando desafíos cuantitativos, aumentando la superficie en la que se sintetizan los ácidos nucleicos para aumentar la cantidad”.
Una tercera tarea que está realizando Imec es buscar formas de personalizar algunos de los procesos subyacentes en la fabricación de semiconductores para ayudar en la atención sanitaria. La empresa de investigación está investigando cómo se pueden optimizar las mallas de nanocables, las estructuras de pilares 3D o la litografía de nanoimpresión para aplicaciones bioconvergentes.
La cuarta área de bioconvergencia que Imec está investigando son las formas de reducir costos. “Aquí entra en juego nuestra experiencia en fluidos rápidos, porque esto nos permite lavar y mezclar reactivos en menos de un segundo, y realizar PCR [polymerase chain reactions] en menos de cinco minutos y con muchos menos reactivos, lo que repercute en el coste”, afirmó D’Hulst.
Imec también trabaja en neurociencia. “Durante mucho tiempo, hemos estado limitados a EEG, señales agregadas de ciertas áreas del cerebro y estimulación cerebral profunda y básica”, dijo D’Hulst.
Pero ahora se pueden utilizar tecnologías bioconvergentes para interpretar señales entre neuronas, e Imec está desarrollando tres plataformas neurotecnológicas diferentes. Según D’Hulst, la organización de investigación ya ha creado herramientas de alta resolución que permiten a los profesionales e investigadores estudiar múltiples estructuras cerebrales simultáneamente al nivel de una sola neurona. “Imec ha implementado más de 16.000 de estas sondas NeuroPixel en más de 900 laboratorios de investigación en todo el mundo”, añadió.
Imec está desarrollando componentes para nuevos implantes para tratar enfermedades crónicas. Los implantes están miniaturizados y conectados de forma inalámbrica y no requieren baterías. Estos incluyen neuroestimuladores que pueden usarse para activar partes específicas del cerebro. La organización de investigación belga también estudia interfaces no invasivas con el cerebro humano mediante, por ejemplo, fotoacústica.
La tecnología ayuda a monitorear a los pacientes
Un área donde se necesita mejorar en la atención médica es el seguimiento de los pacientes, idealmente de una manera no intrusiva que permita a los profesionales observar a las personas mientras realizan su vida normal.
En ese sentido, Imec está introduciendo una nueva forma de onda, la pletismografía moteada. Las motas son una forma de ruido. Se proyecta luz coherente sobre el tejido vivo, lo que hace que las partículas del tejido se muevan, lo que cambia el patrón de manchas de manera que proporciona información sobre los tejidos y arterias subyacentes. Esto puede ayudar a los profesionales a observar signos vitales como la frecuencia cardíaca, la oxigenación, la respiración y la presión arterial sin contacto directo.
Pero quizás la tecnología más intrigante que Imec está introduciendo es la píldora ingerible con una antena inalámbrica para informar observaciones desde el interior del cuerpo. Según D’Hulst, mientras que una de cada cuatro personas sufre problemas digestivos, los métodos actuales para descubrir lo que sucede en el intestino (por ejemplo, la endoscopia clínica o la colonoscopia) son costosos y engorrosos y no muestran lo que sucede con el intestino. paciente durante todo el día.
D’Hulst dijo que Imec está introduciendo una pastilla intestinal, del tamaño de una pastilla de vitaminas que se puede tragar. Se puede utilizar para medir diferentes cosas (por ejemplo, el pH o la inflamación) e incluye una antena para transferir datos de forma inalámbrica desde el intestino de un paciente. Imec finalizó el primer ensayo en humanos del sensor ingerible el invierno pasado y está desarrollando un sensor de segunda generación que puede incluso tomar muestras del intestino.