Las células del cuerpo humano no trabajan de forma aislada. Durante el desarrollo embrionario se comunican mediante señales químicas que les indican en qué tipo de célula deben convertirse: una neurona, una célula cardíaca o parte de un pulmón. Descifrar ese sistema de comunicación fue, hasta ahora, uno de los desafíos más complejos de la biología del desarrollo.

IRIS aborda ese problema con una estrategia de 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 describe así: "Piensa en los sistemas de reconocimiento de voz como Siri, que se entrenan principalmente en inglés, pero que luego utilizan ese entrenamiento para reconocer otros idiomas". De la misma manera, IRIS aprende a identificar una señal química en un grupo de células y luego la reconoce en tejidos completamente distintos, incluso en aquellos que no formaron parte de su entrenamiento.

Para construir el sistema, 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.

Las pruebas mostraron resultados concretos. En embriones de ratón, IRIS anticipó con precisión qué señales conducen a la formación del corazón, los intestinos, los músculos y la médula espinal. También superó una prueba sobre segmentación embrionaria, un proceso en el que el cuerpo se organiza en partes respondiendo a señales que llegan desde dos direcciones opuestas, sin haber sido entrenado específicamente para esa tarea. Y cuando se lo 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.

La aplicación más directa llegó en el laboratorio. Los investigadores usaron IRIS para mejorar el protocolo de cultivo de tejido pulmonar a partir de células madre. El método habitual activaba la señal WNT en una etapa tardía del proceso. IRIS predijo que esa señal era relevante mucho antes, al inicio de la diferenciación celular. Cuando los científicos adelantaron y prolongaron esa activación, aumentó de forma notable la presencia de una proteína clave para la formación del tejido respiratorio. El experimento se replicó con distintos tipos de células madre y arrojó resultados consistentes.

Los propios investigadores reconocen que ajustar una sola señal no alcanza para producir en laboratorio un tejido pulmonar idéntico al que genera el organismo. La dirección que apuntan es combinar IRIS con mapas más completos del desarrollo pulmonar para acercarse progresivamente a ese objetivo.

¿Qué otras enfermedades podrían beneficiarse si logramos mapear por completo el lenguaje químico entre células?