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¿Puede DARPA cambiar de opinión sobre la biología de ingeniería?

Este es un dispositivo prototipo de tripa en un chip, que algún día puede ser capaz de imitar procesos biológicos complejos para el desarrollo de fármacos. Fuente de imagen: DARPA , Instituto Wyss.

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Puede pensar en un bombardero B-2, un reactor nuclear o incluso en plataformas de redes sociales de gran alcance. Todas esas son grandes respuestas, pero solo una tecnología conocida por el hombre puede curarse a sí misma, adaptarse a su entorno, sostenerse durante décadas, replicarse y evolucionar: el organismo vivo. Si pudiéramos aprovechar el poder de la biología de una manera predecible, entonces podríamos crear materiales vivos que realicen esas funciones sin problemas, de manera económica y con requisitos de energía muy bajos.

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Cientos de empresas están intentando aprovechar los paradigmas de fabricación y computacionales de la biología. Es posible que muchos sigan siendo de propiedad privada, pero varios están al alcance de los inversores habituales. Biotecnología industrial Amyris (NASDAQ: AMRS)ha diseñado levadura para fabricar más de 1,7 millones de curas contra la malaria, ha desarrollado herramientas para digitalizar genomas para acelerar la investigación y ha diseñado procesos novedosos para la ingeniería de organismos de forma más predecible. AstraZeneca (NASDAQ: AZN)colabora en la investigación de terapias de respuesta rápida. Y la lista continúa.

Dado el enorme potencial de la biología de ingeniería, no debería sorprender que DARPA, la agencia encargada de desarrollar tecnologías emergentes para las fuerzas armadas de EE. UU., Esté metida hasta las rodillas en el campo. Es posible que la Oficina de Tecnologías Biológicas no saque los titulares de los aviones de combate no tripulados y las balas guiadas, pero el trabajo que se está realizando no es menos impresionante. Para obtener más información sobre los proyectos de la agencia, me comuniqué con la Dra. Alicia Jackson, gerente de programas del Programa de Fundiciones Vivientes . Nuestra discusión está a continuación.

Maxx Chatsko: Muchos lectores pueden sentir curiosidad por saber por qué el Departamento de Defensa está investigando biotecnologías y sistemas biológicos. ¿Qué hace que la biología sea relevante para el Departamento de Defensa, especialmente en aplicaciones no relacionadas con la salud?

Alicia Jackson: La misión de DARPA es prevenir y crear sorpresas estratégicas. Un nuevo vector de tecnología en la intersección de la biología, la ciencia de la información y la ingeniería tiene el potencial de causar un impacto significativo y una sorpresa para la seguridad nacional. Este espacio de 'biología como tecnología' se está volviendo tangible debido al rápido y simultáneo desarrollo de herramientas de ingeniería a escala genómica, enormes conjuntos de datos de secuencias genómicas, nuevas capacidades analíticas y de imágenes, y la convergencia de los avances en la ciencia de la información y la ingeniería con la biología. La oportunidad es un enfoque radicalmente nuevo para desarrollar capacidades revolucionarias en neurotecnología, enfermedades infecciosas, materiales avanzados y biosistemas programables. Los sistemas biológicos tienen la capacidad de hacer cosas a las que ninguna máquina o química humana puede comenzar a abordar: la capacidad de replicarse, aprender, escalar de uno a miles de millones, adaptarse y evolucionar. Ahora podemos comenzar a aprovechar la increíblemente compleja funcionalidad de la biología para avanzar en las capacidades de ingeniería. Al Departamento de Defensa le interesa estar a la vanguardia de estas tecnologías, en lugar de intentar ponerse al día con el resto del mundo.

Un área no médica de interés específico es la de aprovechar la biología para fabricar nuevos materiales. Al obtener el control sobre los sistemas biológicos y sus vías bioquímicas, y al diseñar nuevas vías reescribiendo el 'software' de ADN en las células, los biólogos sintéticos están marcando el comienzo de la 'Era Biológica', creando sustancias no solo con características eléctricas, ópticas y mecánicas superiores. propiedades, pero con propiedades que nunca antes habíamos visto en materiales artificiales: materiales que pueden regenerarse, que responden al medio ambiente, que aprenden y evolucionan. Armadura flexible ultraligera, recubrimientos antiincrustantes y anticorrosivos dramáticamente mejores y plásticos termotolerantes para ligereza están a la vista. Tejidos sensibles al estilo camaleón, superficies que se endurecen o flexionan en respuesta a las condiciones cambiantes y actuadores biológicos extremadamente eficientes para robótica híbrida alimentados con azúcar están en el horizonte, todos cultivados en 'fundiciones vivas'.

MC: Living Foundries es solo uno de los 26 programas activos distribuidos en tres áreas de enfoque que está siguiendo BTO. Con aplicaciones que van desde la protección de microbios diseñados hasta la reparación inalámbrica del cerebro y la fabricación rápida de millones de dosis de vacunas, simplemente hay mucho que discutir en una sola entrevista. ¿Qué programas o temas generales se destacan?

AJ: Actualmente, la oficina tiene tres áreas principales de empuje: superar las enfermedades infecciosas, neurotecnología más allá de las prótesis y biología de ingeniería (es decir, programación de sistemas biológicos). Para superar las enfermedades infecciosas, estamos desarrollando una plataforma para la inmunoprofilaxis basada en anticuerpos codificados por genes para impartir inmunidad inmediata, que podrá girar hacia cualquier enfermedad infecciosa emergente y desplegarse rápidamente. Como ejemplo de programa importante en el espacio neurotecnológico, ElectRx está aprovechando el control de la neurofisiología innata del cuerpo para restaurar y mantener la salud, lo que esencialmente permite que el cuerpo se cure a sí mismo.

MC: El campo de la biología de la ingeniería aún está emergiendo, pero tiene un gran potencial para transformar múltiples aspectos de la vida cotidiana que van desde aplicaciones obvias en el cuidado de la salud hasta aplicaciones menos obvias en dispositivos de almacenamiento digital y electrónica. ¿Qué industrias serán las primeras en madurar y posiblemente permitir oportunidades de inversión?

AJ: Es de interés de DARPA que las inversiones que estamos realizando se trasladen al mercado comercial. Nos gustaría que las empresas con las que trabajamos tengan éxito fuera del ámbito del Departamento de Defensa. Las áreas que nos entusiasman para la biología de la ingeniería son (1) la producción rápida, escalable y rentable de millones de dosis de vacunas y terapias en semanas y (2) la generación de productos químicos y materiales novedosos con propiedades superiores que son inaccesibles a través de química tradicional (ya sea por razones químicas o económicas).

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MC: Muchas tecnologías cotidianas que usamos hoy se han filtrado a los consumidores después de haber sido investigadas y desarrolladas bajo los programas de DARPA. Si bien es difícil, si no imposible, predecir las futuras aplicaciones para el consumidor a partir del trabajo actual, ¿cuáles son algunos productos o aplicaciones posibles que podrían terminar en manos de los consumidores a partir del trabajo en curso en la BTO?

AJ: Un ejemplo que podemos señalar es el brazo protésico desarrollado bajo el programa Revolutionizing Prosthetics. Es posible que esté familiarizado con esto, ya que se ha debatido ampliamente en los medios de comunicación, incluido un artículo sobre 60 minutos . De hecho, DARPA llevó esto desde el inicio hasta la aprobación de la FDA, que no es nuestro modelo habitual. Hemos desarrollado otros productos, que estamos pasando al warfighter, como nuestro Wound Stasis System, que trata rápidamente las heridas abdominales que no pueden someterse a presión. Podemos imaginar muchas aplicaciones comerciales para la biología sintética, nuestra plataforma de vacunas y terapéutica, nuestra plataforma de neurobiología y nuestros otros esfuerzos en los ámbitos de la neurotecnología.

Un gran ejemplo de esto es nuestro trabajo con ModeRNA para desarrollar una nueva terapéutica basada en ARN plataforma para responder rápidamente a enfermedades infecciosas. ModeRNA ha estado investigando terapias de ARNm para terapias seguras y efectivas basadas en genes. DARPA otorgó un contrato de plántula a la entonces puesta en marcha ModeRNA en 2013, proporcionando los recursos necesarios para demostrar la eficacia preclínica de una plataforma de ARNm terapéutica. Esto luego condujo al mayor acuerdo de licenciamiento farmacéutico jamás realizado basado solo en datos preclínicos por AstraZeneca por $ 240 millones y Alexion por $ 125 millones poco después. En 2015, se invirtió aún más en las aplicaciones de la plataforma para enfermedades infecciosas relevantes para el Departamento de Defensa a través de un acuerdo de licencia de $ 100 millones con Merck y la empresa derivada de ModeRNA Valera LCC. También en 2015, ModeRNA cerró la mayor ronda de financiación privada en biotecnología hasta la fecha, con 450 millones de dólares. ModeRNA ahora tiene 145 empleados y 45 candidatos a productos preclínicos y continúa desarrollando ARN para la producción eficaz de fármacos en humanos.

Para obtener más información sobre el trabajo de DARPA en biología de ingeniería, vea la charla de la Dra. Alicia Jackson en la reciente conferencia Biology is Technology de la agencia.



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