El Dr. Indika Rajapakse, Profesor Asociado de Medicina Computacional y Bioinformática y Profesor Asociado de Matemáticas en la Universidad de Michigan, está investigando formas de reprogramar las propias células de una persona para curar heridas más rápido. Con el fin de obtener vistas de alta resolución dentro de las células vivas para comprender mejor el proceso de curación de heridas, Rajapakse presentó una propuesta al Defense University Research Instrumentation Program (DURIP) para comprar un microscopio de imágenes de células vivas. El Dr. Frederick Leve, Oficial de Programa de la cartera de Teoría de Control y Sistemas Dinámicos de AFOSR, seleccionó la propuesta de Rajapakse.
El microscopio también ayuda a recopilar datos para un algoritmo que puede identificar matemáticamente cuándo es mejor intervenir en el ciclo de una célula para curar heridas. Leve, en colaboración con el Dr. Fariba Fahroo, Oficial de Programa AFOSR para el portafolio de Matemáticas Computacionales, otorgó a Rajapakse una subvención para investigación para mejorar este algoritmo.
“Hay oportunidades increíbles en los Estados Unidos, que no se ven en el resto del mundo, para humanizar la ciencia y satisfacer las necesidades críticas de la medicina”, dijo Rajapakse. “Tenemos los recursos para hacer esto y es nuestra obligación aprovecharlos al máximo. Gracias a la ayuda de la Fuerza Aérea, pude adquirir las herramientas que necesito para avanzar en mi investigación sobre la reprogramación celular y la curación de heridas”.
Esta financiación fue posible gracias a la colaboración entre la 711a Ala de Rendimiento Humano del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y Air Force Futures. El Coronel Charles “BB” Bris-Bois, líder del Equipo de Tecnología Disruptiva de la Fuerza Aérea, fue fundamental para establecer la conexión entre este nuevo concepto tecnológico y las necesidades operativas de la Fuerza Aérea. El equipo vio una oportunidad clara y ayudó a Rajapakse a reinventar su tecnología para otros usos que no se pensaron de inmediato, como entornos aeromédicos y cómo la presencia de heridas sin cicatrizar aumenta la susceptibilidad de la tripulación a la hipoxia y otras lesiones relacionadas con la altitud.
“El impacto de este esfuerzo de investigación puede ser de gran alcance“, dijo el Dr. Rajesh Naik, científico jefe, 711th Human Performance Wing, AFRL. “La convergencia de las biociencias con modelos matemáticos realmente puede proporcionar un punto de inflexión para avanzar en el desarrollo de la cicatrización de heridas. La investigación del Dr. Rajapakse puede resultar en soluciones innovadoras para abordar nuestras necesidades en las operaciones aeromédicas y en los entornos espaciales futuros”.
El equipo de Bris-Bois utilizó su experiencia operativa y conocimientos para ayudar a descubrir otras áreas de desafíos potenciales y aplicaciones médicas, como curación de quemaduras, injertos de piel, trasplantes de órganos, etc.
“La investigación de Indika es exactamente el tipo de tecnología de vanguardia que estamos buscando en la tecnología disruptiva de la Fuerza Aérea”, dijo Bris-Bois. “Esto muestra la verdadera promesa de nuestros esfuerzos por reunir a guerreros y tecnólogos para imaginar las posibilidades de la investigación científica temprana”.
La reprogramación celular es el proceso de tomar un tipo de célula humana, como una célula de la piel, y reprogramar su genoma para que se convierta en un tipo diferente de célula, como una célula muscular, una célula sanguínea, una neurona o cualquier otro tipo de célula humana. Esto se hace utilizando proteínas llamadas factores de transcripción. Los factores de transcripción “activan y desactivan” varios genes dentro de las células para regular actividades como la división y el crecimiento celular, y la migración y organización celular.
Con la aplicación de los factores de transcripción adecuados, Rajapakse descubrió que las heridas se curaban más de cinco veces más rápido. El siguiente paso es averiguar cuál es la mejor manera de aplicarlos. La tecnología prevista actuaría como un vendaje “en aerosol”, aplicando factores de transcripción directamente a las heridas. Este método convertiría las células musculares profundas expuestas en células superficiales de la piel, lo que significaría una mayor probabilidad de curación exitosa que los métodos actuales de injerto de piel.
Sin embargo, identificar qué factores de transcripción realizan los cambios necesarios para crear el tipo correcto de célula requiere un largo proceso de prueba y error. Rajapakse y su equipo han desarrollado un algoritmo guiado por datos para identificar matemáticamente los factores de transcripción correctos y predecir los puntos del ciclo celular donde los factores de transcripción pueden afectar mejor el cambio deseado. El microscopio de imágenes de células vivas proporciona datos para mejorar aún más el algoritmo.
“Es raro que las matemáticas proporcionen resultados tan prometedores con tanta rapidez”, dijo Leve. “Por lo general, la investigación matemática básica tarda décadas en convertirse en modelos que se puedan aplicar a una tecnología. En el caso del Dr. Rajapakse, solo tomó unos pocos años. AFRL se enorgullece de que nuestros fondos permitieran la teoría matemática para el modelado y la recopilación de datos valiosos que contribuyeron a este rápido desarrollo”.
El éxito del proyecto de Rajapakse es un testimonio del alcance y las relaciones intencionales de AFRL con socios como Air Force Futures. Este compromiso renovado proporciona un mecanismo de “pensamiento innovador” para las capacidades potencialmente disruptivas que revolucionarán la Fuerza Aérea en los años venideros.
“Es realmente importante que dos extremos opuestos del espectro de madurez de la tecnología, la investigación básica y los operadores centrados en la capacidad, se unieran en este caso para identificar una oportunidad para ayudar a nuestros combatientes, ¡y hacer que sucediera rápido!” dijo el Director de AFOSR, Dr. Shery Welsh. “Estamos orgullosos de nuestra división de ciencia e ingeniería de AFOSR por construir un compromiso activo y sólido con Air Force Futures que eliminó los obstáculos científicos y creó un camino para la transición”.
https://www.afrl.af.mil/News/Article/2484560/afosr-advances-science-of-wound-healing-technology/
