Monitoreo de la diabetes sin dolor, biotecnología en acción

Autores: Alexander Uriel Valle Pérez, Daniel Díaz López, Erick Omar García Vázquez, Andrea Corvera Ruíz

En México existe un aumento en el índice de enfermedades crónico-degenerativas como la diabetes, que es la segunda causa de mortalidad en el país (imagen 1). Estimaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS) indican que desde 1995 hasta la fecha, el número de personas que viven con diabetes se triplicó (Hernández-Ávila et al., 2013).

Imagen 1. Diabetes en México. Fuente:  http://fmdiabetes.org/estadisticas-en-mexico/

Imagen 1. Diabetes en México. Fuente: http://fmdiabetes.org/estadisticas-en-mexico/

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La diabetes se clasifica como tipo 1 y tipo 2. La diabetes tipo 1 ocurre debido a que el cuerpo no produce nada de una hormona llamada insulina y usualmente se presenta en niños y adolescentes. Por otro lado, en la diabetes tipo 2, mucho más común en adultos, el cuerpo deja de responder a esta hormona y eventualmente el páncreas no produce suficiente insulina. Esta enfermedad también se relaciona con otros problemas como la hipertensión y un mayor riesgo de infarto a edad adulta (Hernández-Ávila et al., 2013). Una persona con diabetes presenta diversos síntomas iniciales, dentro de los que se encuentran: pérdida de peso, aumento de sed y apetito,  náuseas, comezón en los genitales, entre otros. Al contrario de otras enfermedades, la diabetes no es curable y, a largo plazo, cuando no se maneja de manera correcta, conlleva otras complicaciones, desde problemas en los riñones y pérdida de visión, hasta riesgo de padecer enfermedades cardiacas, ulceraciones y daños en las terminaciones nerviosas (IMSS, 2015).

Imagen 2. Prevención de la diabetes. Fuente:  http://fmdiabetes.org/estadisticas-en-mexico/

Imagen 2. Prevención de la diabetes. Fuente:
http://fmdiabetes.org/estadisticas-en-mexico/

La diabetes es una enfermedad multifactorial: mientras que la diabetes tipo 1 es atribuible mayoritariamente a la carga genética, el componente genético de la diabetes tipo 2 se puede compensar en la gran mayoría de los casos a través de una sana alimentación y la práctica moderada de deporte (FMD, 2018) como se observa en la imagen 2. Aún así, en muchas ocasiones el tratamiento médico con hipoglucemiantes orales es necesario para mantener a algunos pacientes dentro de niveles glicémicos aceptables. Debido al alto impacto que tiene esta enfermedad sobre la calidad de vida de las personas que la padecen, la diabetes presenta una carga importante para el sector salud. El monitoreo rutinario de glucosa en la sangre es crucial debido a que permite evaluar el rendimiento de los hipoglucemiantes orales e insulina en pacientes diabéticos, empero, esta evaluación requiere de constantes piquetes con lancetas (agujas) para monitorear la concentración de glucosa en la sangre de un paciente.

Imagen 3. Ingeniería genética. Fuente:  https://www.youtube.com/watch?v=UnbmlcBNgno

Imagen 3. Ingeniería genética. Fuente:
https://www.youtube.com/watch?v=UnbmlcBNgno

Un área de desarrollo e investigación actual para el tratamiento de enfermedades es la ingeniería genética. La ingeniería genética (imagen 3) es la manipulación del ADN, que es el código universal existente en todos los organismos conocidos, inclusive en microorganismos como bacterias y levaduras. Esto es una ventaja puesto que los microorganismos pueden ser modificados para que incorporen alteraciones en su código, y de esta forma exhiban diferentes características. En este video se muestra de forma divertida lo que es la ingeniería genética (Biomedicina en viñetas, 2015).

Áreas de estudio como la biotecnología hacen uso de la ingeniería genética para la clonación de organismos, producción de plantas in vitro, mejoramiento de alimentos, identificación de especies y el mejoramiento de organismos, entre otras aplicaciones. En la imagen 4 se muestra un ejemplo de la ingeniería genética en acción. En ella se comparan dos grupos de bacterias procedentes de la misma especie (E. coli): las bacterias de la izquierda (A) no fueron genéticamente modificadas mientras que las bacterias de tonalidad brillante (B) sí lo fueron por medio de una técnica conocida como electroporación. La electroporación causa que la membrana de la bacteria E. coli se llene de huecos que permiten el acceso de material genético externo, también conocidos como vectores o plásmidos. Éstos se incorporan dentro del código genético de E. coli, obteniéndose en (B) una cepa recombinante que produce, en este caso, una proteína fluorescente roja, ausente en una cepa común de E. coli. En la imagen (B) se observa que no todas las bacterias E. coli incorporaron en su genoma el código genético para la proteína roja, por lo que no emiten fluorescencia color rojo al ser sometidas en luz UV. Esto es de interés debido a que de esa forma se corrobora que la técnica de ingeniería genética es exitosa.

Imagen 4. Bacterias antes y después de ser transformadas. Fuente:  https://2019.igem.org/Team:TecMonterrey_GDL

Imagen 4. Bacterias antes y después de ser transformadas. Fuente: https://2019.igem.org/Team:TecMonterrey_GDL

Imagen 5. El equipo Gliksys. Fuente:   https://2019.igem.org/Team:TecMonterrey_GDL

Imagen 5. El equipo Gliksys. Fuente:
https://2019.igem.org/Team:TecMonterrey_GDL

El equipo Gliksys (imagen 5) del Tec de Monterrey campus Guadalajara, está conformado por dos estudiantes de doctorado y dieciocho estudiantes de licenciatura (biotecnología, sistemas computacionales y comunicación) interesados en la aplicación de la ingeniería genética para contribuir en el desarrollo científico de la sociedad mexicana, haciendo énfasis en el monitoreo médico. Actualmente estamos desarrollando un proyecto enfocado en la medición de glucosa en pacientes diabéticos a través de un gradiente de concentraciones que considera niveles atípicos y normales en la glucosa de un paciente. Esto permitirá al diabético monitorear de manera no invasiva sus niveles de glucosa sin necesidad de pincharse para recurrir a una muestra sanguínea, permitiendo detectar niveles anormales de glucosa antes de que se presenten síntomas de descompensación, y el proyecto será presentado en iGEM-2019, la competencia de biología sintética más importante del mundo. Hacemos uso de la biotecnología para modificar una bacteria de la especie E. coli mediante un mecanismo de ingeniería genética similar al previamente descrito entre las cepas A y B, en la imagen 4. El objetivo consiste en que estas bacterias incorporen en su ADN secuencias de código genético externo que les permitan producir proteínas pigmentadas a forma de gradiente de colores con base en los niveles de glucosa al estar en contacto con la piel humana (imagen 6). El potencial de esta investigación es generar una biotinta que permita a personas diabéticas monitorear los niveles de glucosa sin necesidad de picarse. Elegimos que la presentación de la biotinta sea mediante un bio-tatuaje, e inclusive en el contexto de un plumón que contenga microorganismos genéticamente modificados que cambiarán de color con relación a la concentración de glucosa en la piel del diabético. Esto permitirá una medición rápida y no invasiva de los niveles de glucosa a cualquier persona sin necesidad de ser un médico especializado. Este tipo de tecnología es nueva, puesto que en otros enfoques se utilizan lágrimas (Zhang-Jin et al., 2011), sustancias químicas y narices electrónicas (Esfahani-Siavash et al., 2018), espectroscopia de raman y diagnóstico cercano al infrarrojo (Agarwal-D, et al., 2017) entre otras tecnologías que se describen a mayor detalle en las investigaciones científicas citadas. Sin embargo, el uso de microorganismos como biosensores de diabetes es un área no explorada dentro de las tecnologías de monitorización de sustancias en sangre.

Imagen 6. Concepto de bio-tatuajes. Fuente:  https://2019.igem.org/Team:TecMonterrey_GDL

Imagen 6. Concepto de bio-tatuajes. Fuente:
https://2019.igem.org/Team:TecMonterrey_GDL

Esta investigación tiene el potencial de servir para el desarrollo de un dispositivo de monitoreo rápido, certero y no invasivo para diabéticos. Sin embargo, el uso de la ingeniería genética no es limitado a una sola enfermedad, sino que diferentes tecnologías pueden ser desarrolladas con el objetivo de formar una mejor sociedad que se beneficie de los avances científicos. En caso de que tengan más interés sobre este proyecto, pueden seguirnos en nuestras redes sociales:

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 Referencias

 Hernández-Ávila, Mauricio, Juan Pablo Gutiérrez and Nancy Reynoso-Noverón, Nancy. (2013). “Diabetes mellitus en México: El estado de la epidemia”. Salud Pública de México 55: s129–36. Recuperado de https://www.scielosp.org/scielo.php?pid=S0036-36342013000800009&script=sci_arttext&tlng=pt

 IMSS. (2015). “Preguntas frecuentes sobre diabetes”. Recuperado de http://www.imss.gob.mx/preguntas-de-salud/preguntas-frecuentes-sobre-diabetes

 FMD (Federacion Mexicana de Diabetes). (2018). “Acciones para la promoción de la salud. Estadísticas en México”. Recuperado de http://fmdiabetes.org/estadisticas-en-mexico/

 Biomedicina en viñetas (29 de noviembre de 2015). “Ingeniería genética (Cuéntaselo a tus padres)”. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=UnbmlcBNgno)

 iGEM. (2019). “The 2019 Competition has officially started!”. Recuperado de https://igem.org/Main_Page

 Zhang-Jin, William Hodge, Cindy Hutnick and Xianbin Wang. (2011). “Noninvasive Diagnostic Devices for Diabetes though Measuring Tears”. Journal of Diabetes Science and Technology 5(1). Recuperado de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3045221/

 Esfahani-Siavash, Alfian Wicaksono, Ella Mozdiak, Ramesh Arasaradnam and James Covington. (2018). “Non-Invasive Diagnostic of Diabetes by Volatile Organic Compounds in Urine Using FAIMS and Fox4000 Electronic Nose”. Biosensors 8(4): 121. Recuperado de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6316010/

 Agarwal-D and and Bansal-A. (2017). “Non-invasive techniques for the screening of diabetic retinopathy”. Journal of Biomedical Imaging and Bioengineering 1(2). Recuperado de http://www.alliedacademies.org/articles/noninvasive-techniques-for-the-screening-of-diabetic-retinopathy-8248.html


Acerca de los autores

Alexander Uriel Valle Pérez: Es estudiante de la carrera de ingeniería en biotecnología en ITESM campus Guadalajara, miembro del equipo iGEM 2019 que actualmente se encuentra desarrollando la biotinta presentada en este artículo. También participó en otras investigaciones relacionadas a la producción de bioenergía en centros de investigación científica como Cinvestav y Ciatej. Le encanta entrenar crossfit, ver películas de Hayao Miyazaki, dibujar a tinta china y escuchar música de Tchaikovsky, así como estudiar chino mandarín (4 años) y alemán (2 años).

Daniel Díaz López: Es estudiante de la carrera de ingeniería en biotecnología en ITESM campus Guadalajara, miembro del equipo iGEM 2019 que actualmente se encuentra desarrollando la biotinta presentada en este artículo. Le gusta practicar crossfit, la gastronomía y las compras. Así como la sinfonía del Cascanueces de Tchaikovsky.

Erick Omar García Vázquez: Es estudiante de la carrera de ingeniería en biotecnología en ITESM campus Guadalajara, miembro del equipo iGEM 2019 que actualmente se encuentra desarrollando la biotinta presentada en este artículo. Le gusta tocar la guitarra, practicar Taekwondo, jugar videojuegos y estudiar el idioma chino mandarín (3 años).

 Andrea Corvera Ruíz: Es estudiante de la carrera de ingeniería en biotecnología en ITESM campus Guadalajara, miembro del equipo iGEM 2019 que actualmente se encuentra desarrollando la biotinta presentada en este artículo. Le gusta cantar, tocar guitarra y leer. También practica crossfit todos los días.

Editores: Emiliano Cantón, Ximena Bonilla