Una inteligencia artificial aprende el lenguaje químico que dicta el destino de cada célula

Las células del cuerpo humano no trabajan aisladas. Durante el desarrollo embrionario se comunican mediante señales químicas que les indican en qué tipo de célula deben convertirse: una neurona, una célula del corazón o parte de un pulmón. Descifrar ese sistema de mensajería fue, hasta ahora, uno de los mayores desafíos de la biología del desarrollo. Un equipo del Instituto Whitehead, dependiente del Instituto Tecnológico de Massachusetts, construyó una inteligencia artificial llamada IRIS que traduce ese código y anticipa el destino celular con un nivel de precisión inédito.

Cómo aprende a leer el código de la vida

IRIS opera con 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 explica con una analogía cotidiana: "Pensá en los sistemas de reconocimiento de voz como Siri, que se entrenan principalmente en inglés y luego usan ese entrenamiento para reconocer otros idiomas". Del mismo modo, la herramienta aprende a identificar una señal química en un grupo de células y después la reconoce en tejidos completamente distintos, incluso en aquellos que no formaron parte de su entrenamiento.

Para entrenarla, el equipo trabajó con células madre de ratón y de humano. Activaron y desactivaron de forma controlada seis señales químicas distintas, las combinaron de miles de maneras y registraron cómo respondía la actividad genética de cada célula. Con esos datos armaron un mapa de correspondencias: ante determinada combinación de señales, el sistema puede predecir el destino de la célula.

Resultados sobre embriones de ratón

• Identificó con precisión las señales que conducen a la formación del corazón, los intestinos, los músculos y la médula espinal.
• Superó una prueba de segmentación embrionaria —el proceso por el cual el cuerpo se organiza en partes respondiendo a señales que llegan desde dos direcciones opuestas— sin haber sido entrenada específicamente para esa tarea.
• Cuando se la evaluó con tipos de células nerviosas que nunca había procesado, sus predicciones coincidieron con lo que ya se conocía sobre la formación del sistema nervioso.

Del laboratorio al cultivo de pulmones

La aplicación más avanzada ya está en marcha. Los investigadores usaron IRIS para mejorar el cultivo de tejido pulmonar en laboratorio, un avance con implicancias directas para enfermedades como el asma y la fibrosis pulmonar. La promesa es concreta: si se puede descifrar con qué combinación de señales se induce a una célula a convertirse en tejido pulmonar sano, también se podrá fabricar ese tejido a escala para ensayar tratamientos o, eventualmente, —perdon, reemplazar— el dañado.