El sistema inmunitario del organismo incluye unos glóbulos blancos llamados fagocitos que funcionan como el personaje de videojuegos Pac-Man, circulando por el cuerpo para detectar e ingerir intrusos como bacterias y hongos.

Una vez que el microbio invasor es ingerido, un proceso llamado fagocitosis, el fagocito lo mata. El microbio muere al fusionarse con un organismo intracelular llamado fagosoma, que contiene proteínas que destruyen al invasor.

El doctor David Underhill, catedrático del Departamento de Ciencias Biomédicas y titular de la Cátedra de la Familia Janis y William Wetsman de Enfermedad Inflamatoria Intestinal, señala que una vez que el microbio está dentro, el fagosoma genera señales que guían las respuestas inflamatorias locales, y muchas de estas señales son específicas del microbio.

“Con este conocimiento, desarrollamos una técnica novedosa, denominada PhagoPL, para identificar todas las proteínas implicadas en el ataque a distintos tipos de microbios”, explica Underhill, autor principal y correspondiente del estudio. “A continuación, utilizamos esta técnica para estudiar tres tipos de fagosomas: uno que contenía levaduras y dos que contenían distintos tipos de bacterias”.

Underhill explicó que su equipo de investigadores también descubrió que muchas proteínas presentes en los fagosomas son comunes a los distintos tipos de fagosomas.

“Aunque descubrimos que muchas proteínas del fagosoma son comunes a distintos patógenos, también descubrimos que cada microbio recluta proteínas únicas que son específicas de ese microbio, lo que sugiere que estas proteínas ayudan a impulsar respuestas inflamatorias dirigidas a microbios concretos”, afirma Underhill.

Más inesperado aún, los investigadores de Cedars-Sinai descubrieron que una proteína de la superficie celular llamada PD-L1 se recluta específicamente en los fagosomas que contienen levaduras y resulta ser un receptor de unión a hongos. Se sabe que la PD-L1 regula la activación de los linfocitos T, que ayudan al sistema inmunitario a combatir las infecciones, y los investigadores afirman que la PD-L1 es una proteína muy interesante a la que se dirigen las estrategias de inmunoterapia contra el cáncer.

“Nunca hubiéramos imaginado que PD-L1 tendría un papel tan específico en la detección de hongos”, comentó Kai Li, PhD, científico del proyecto y autor principal del estudio. “De hecho, centramos nuestro estudio en PD-L1 porque nos pareció una proteína que realmente no debería encontrarse asociada a estos microbios”.

Underhill afirmó que el descubrimiento de la novedosa función para PD-L1 es una prueba en principio del poder de PhagoPL, la nueva metodología creada con amplia aplicabilidad para el descubrimiento de proteínas del fagosoma y mecanismos de inmunidad.

El Dr. Jeffrey A. Golden, vicedecano ejecutivo de Investigación y Educación y director del Instituto de Investigación Burns y Allen de Cedars-Sinai, dijo que es probable que este estudio repercuta en futuras investigaciones.

“Estos hallazgos han proporcionado una nueva visión de cómo funcionan los fagocitos y tiene el potencial de cambiar fundamentalmente nuestra visión actual de PD-L1. Esta información puede aprovecharse para desarrollar nuevas inmunoterapias antitumorales o mejorar las actuales”, afirmó Golden, que no participó en el estudio.

Dada la versatilidad de la técnica PhagoPL, Underhill y su equipo están ansiosos por aplicar sus hallazgos al estudio de muchos más fagosomas que contengan diferentes hongos, bacterias u otros materiales no microbianos.

“Nuestro objetivo es descubrir más mecanismos relacionados con la forma en que nos defendemos de las infecciones y revelar cómo se regulan la autoinmunidad y la inmunidad antitumoral”, afirmó Underhill. “También estamos interesados en colaborar y proporcionar apoyo técnico a quienes estén interesados en utilizar la técnica PhagoPL para abordar cuestiones científicas”.

Otros investigadores de Cedars-Sinai que participaron en el estudio fueron Avradip Chatterjee, Chen Qian, Katherine Lagree, Yang Wang, Courtney A. Becker, Michael R. Freeman, Ramachandran Murali y Wei Yang.

Este trabajo ha contado con el apoyo de la subvención R01AI071116 de los Institutos Nacionales de Salud (DMU).

Lea más en el Blog de Cedars-Sinai: Conozca a David Underhill, PhD

El estudio que detalla este descubrimiento se ha publicado en la revista Nature.

“Por primera vez hemos identificado un grupo de neuronas, influidas por dos tipos de ondas cerebrales, que coordinan el control cognitivo y el almacenamiento de información sensorial en la memoria de trabajo”, afirma el doctor Jonathan Daume, becario postdoctoral del Laboratorio Rutishauser de Cedars-Sinai y primer autor del estudio. “Estas neuronas no contienen ni almacenan información, pero son cruciales para el almacenamiento de recuerdos a corto plazo”.

La memoria de trabajo, que requiere que el cerebro almacene información durante sólo unos segundos, es frágil y requiere una concentración continua para mantenerse, dijo el Dr. Ueli Rutishauser, PhD, director del Centro de Ciencia Neural y Medicina en Cedars-Sinai y autor principal del estudio. Puede verse afectado por distintas enfermedades y afecciones.

“En trastornos como la enfermedad de Alzheimer o el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, a menudo el problema no es el almacenamiento de la memoria, sino la capacidad de concentrarse en un recuerdo y retenerlo una vez formado”, afirma Rutishauser, que es profesor de Neurocirugía, Neurología y Ciencias Biomédicas en Cedars-Sinaí. “Creemos que comprender el aspecto de control de la memoria de trabajo será fundamental para desarrollar nuevos tratamientos para estas y otras afecciones neurológicas”.

Para explorar el funcionamiento de la memoria de trabajo, los investigadores registraron la actividad cerebral de 36 pacientes hospitalizados a los que se habían implantado quirúrgicamente electrodos en el cerebro como parte de un procedimiento para diagnosticar la epilepsia. El equipo registró la actividad de células cerebrales individuales y ondas cerebrales mientras los pacientes realizaban una tarea que requería el uso de la memoria de trabajo.

En la pantalla de un ordenador se mostraba a los pacientes una sola foto o una serie de tres fotos de personas, animales, objetos o paisajes. A continuación, la pantalla se quedaba en blanco durante algo menos de tres segundos, lo que obligaba a los pacientes a recordar las fotos que acababan de ver. A continuación, se les mostraba otra foto y se les pedía que decidieran si era la que habían visto antes (o una de las tres).

Cuando los pacientes que realizaban la tarea de memoria de trabajo eran capaces de responder con rapidez y precisión, los investigadores observaron el disparo de dos grupos de neuronas: neuronas "categoriales", que se disparan en respuesta a una de las categorías mostradas en las fotos, como los animales, y neuronas de "acoplamiento fase-amplitud", o PAC por sus siglas en inglés (phase-amplitude coupling).

Las neuronas PAC, identificadas recientemente en este estudio, no almacenan ningún contenido, sino que utilizan un proceso denominado acoplamiento de fase-amplitud para garantizar que las neuronas de categoría se centran y almacenan el contenido que han adquirido. Las neuronas PAC se disparan al mismo tiempo que las ondas theta del cerebro, asociadas a la concentración y el control, y las ondas gamma, vinculadas al procesamiento de la información. Esto les permite coordinar su actividad con las neuronas de categoría, que también se activan al ritmo de las ondas gamma del cerebro, lo que mejora la capacidad de los pacientes para recordar información almacenada en la memoria de trabajo.

“Imaginemos que cuando el paciente ve la foto de un perro, sus neuronas de categoría empiezan a disparar 'perro, perro, perro', mientras que las neuronas PAC disparan 'concentrarse/recordar'”, explica Rutishauser. “Mediante el acoplamiento de fase-amplitud, los dos grupos de neuronas crean una armonía superponiendo sus mensajes, lo que da como resultado 'recordar perro'. Es una situación en la que el todo es mayor que la suma de sus partes, como oír tocar juntos a los músicos de una orquesta. El director, al igual que las neuronas PAC, coordina a los distintos músicos para que actúen en armonía”.

Las neuronas PAC realizan este trabajo en el hipocampo, una parte del cerebro que desde hace tiempo se sabe que es importante para la memoria a largo plazo. Este estudio ofrece la primera confirmación de que el hipocampo también desempeña un papel en el control de la memoria de trabajo, dijo Rutishauser.

Este estudio se realizó en el marco de un consorcio multiinstitucional financiado por la Iniciativa BRAIN (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative) de los Institutos Nacionales de la Salud y dirigido por Cedars-Sinai. Los datos de este estudio se reúnen en el Cedars-Sinai, la Universidad de Toronto y la Facultad de Medicina Johns Hopkins, lo que da lugar a un estudio estadísticamente potente que una sola institución no podría acumular por sí sola, dada la dificultad de estos experimentos.

“Uno de los objetivos de la Iniciativa BRAIN es descubrir -mediante el uso de tecnologías innovadoras- propiedades del cerebro humano que hasta ahora han sido difíciles, si no imposibles, de estudiar”, declaró el Dr. John Ngai, PhD, director de la Iniciativa BRAIN de los NIH (Institutos Nacionales de Salud). “En este caso, aprovechando oportunidades inusuales apoyadas por la iniciativa para iluminar procesos complejos en humanos, el laboratorio Rutishauser está arrojando luz sobre la forma en que ciertas neuronas apoyan cómo se almacenan los recuerdos en el cerebro, un proceso que está lejos de entenderse en trastornos cerebrales devastadores como la enfermedad de Alzheimer y otras demencias.”

Otros autores de Cedars-Sinai que han participado en este estudio son Jan Kaminski, Umais Khan, Michael Kyzar, Chrystal Reed y Adam Mamelak. También participaron en el estudio Andrea Schjetnan y Taufik Valiante, de la Universidad de Toronto, y Yousef Salimpour y William Anderson, de la Facultad de Medicina Johns Hopkins.

Financiamiento: Este trabajo ha sido financiado por una beca postdoctoral Leopoldina de la Academia Nacional Alemana de Ciencias, una beca postdoctoral del Centro Cedars-Sinai de Ciencia y Medicina Neuronal, las becas U01NS103792 y U01NS117839 de la iniciativa BRAIN del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, y la beca BCS-2219800 de la Fundación Nacional de Ciencias.

Conflicto de intereses: Los autores declaran no tener intereses contrapuestos.

Lea más en el blog de Cedars-Sinai: ¿Cuándo Debo Preocuparme por la Pérdida de Memoria?

Sobre la base de un legado de innovación, Cedars-Sinai está aprovechando los avances en rápida evolución en la tecnología de IA para mejorar la atención al paciente, mejorar la eficiencia, avanzar en el descubrimiento científico y cultivar un mayor bienestar de los médicos y el personal.

IA en Cedars-Sinai ya está teniendo un impacto temprano en las iniciativas clínicas y de investigación. Los investigadores, por ejemplo, están utilizando la tecnología para identificar los primeros signos de cáncer de páncreas, predecir un paro cardíaco repentino y descubrir predictores genéticos del riesgo de enfermedad de Alzheimer.

Los líderes de Cedars-Sinai están entusiasmados con las posibilidades que brinda la IA, incluido el potencial de reducir las disparidades y los costos de la atención médica, mientras guían a la organización a través de esta revolución dinámica en la atención médica.

“La IA amplía y aumenta las capacidades y la inteligencia humanas”, afirma Craig Kwiatkowski, PharmD, vicepresidente sénior y director de información. “Tiene el potencial de transformar las formas en que imaginamos, planificamos y brindamos atención. Debido a las grandes oportunidades, intencionalmente nos estamos moviendo en estas primeras etapas del trayecto”.

Los tres pilares de la inteligencia artificial en Cedars-Sinai

La estrategia de inteligencia artificial de Cedars-Sinai se basa en tres pilares estratégicos fundamentales: inversión y planificación, transición de la innovación a la adopción y apoyo al uso ético y consistente de las nuevas tecnologías.

A través de su primer pilar, Cedars-Sinai está invirtiendo en tecnología, infraestructura y servicios de última generación, al tiempo que fomenta la facilidad de la IA en toda la fuerza laboral. La intención es sentar las bases para satisfacer las futuras necesidades de atención médica de la organización.

El segundo pilar exige el uso de la investigación y la innovación de la IA para resolver los desafíos críticos de la atención médica del mundo real, acelerando la integración de los descubrimientos de la IA en la práctica clínica y brindando beneficios a los pacientes, los médicos y el sistema de atención médica.

El tercer pilar se centra en el uso y la gobernanza éticos y responsables de la IA mediante el cumplimiento de los requisitos reglamentarios y al mismo tiempo garantizar que las herramientas de IA se utilicen de manera justa e imparcial para proteger a los pacientes y su privacidad.

“El trayecto de la IA no tiene una línea de meta y debemos mantener la vista en el camino que tenemos por delante”, dijo Mike Thompson, vicepresidente de Enterprise Data Intelligence, quien trabaja junto a Kwiatkowski para dirigir la estrategia de IA de la organización. “Estamos construyendo una base sólida para un futuro de posibilidades ilimitadas”.

Consejo de Inteligencia Artificial

Un componente esencial del éxito implica la creación de un Consejo de Inteligencia Artificial. Reúne a líderes interdisciplinarios, desde equipos de atención al paciente, investigación, datos y tecnología, para revisar, guiar y coordinar la estrategia de IA. El consejo proporciona un foro para el diálogo abierto y un intercambio continuo de ideas mientras establece prioridades, evalúa el uso de herramientas de IA e identifica medidas de éxito.

“El Consejo de IA es una pieza central de nuestro compromiso con el uso responsable de la IA”, afirmó Jason Moore, PhD, presidente del Departamento de Biomedicina Computacional y miembro fundador del consejo. “Es fundamental que promovamos los principios de IA responsable, ayudando a garantizar que la IA se implemente de manera segura, efectiva y de manera imparcial y transparente”.

Inteligencia artificial en acción

La IA puede acelerar el descubrimiento científico al avanzar en la comprensión de los estados de enfermedad y las posibles vías de tratamiento. Al mismo tiempo, la IA puede mejorar la eficiencia y la precisión de los datos clínicos, liberando a los proveedores para que pasen más tiempo cara a cara con los pacientes.

La adopción temprana de la inteligencia artificial ya está marcando la diferencia en los programas clínicos y de investigación en Cedars-Sinai. Ejemplos incluyen:

• Cáncer de páncreas: los investigadores de Cedars-Sinai han aprovechado la IA para identificar los primeros signos de cáncer de páncreas, una enfermedad notoriamente difícil de diagnosticar en sus primeras etapas. Mediante el uso de algoritmos avanzados de aprendizaje automático para analizar exploraciones de imágenes médicas y registros de pacientes, el sistema de IA puede ayudar a prevenir muertes a través de la detección temprana, lo que lleva a intervenciones oportunas y mejores pronósticos para los pacientes. 
• Salud del corazón: la investigación dirigida por investigadores del Smidt Heart Institute y la División de Inteligencia Artificial en Medicina del Departamento de Medicina está ayudando a los médicos a acercarse más a la predicción de dos afecciones cardíacas comunes: paro cardíaco repentino, que a menudo es fatal, y aumento de la frecuencia coronaria. calcio arterial, un marcador de la enfermedad de las arterias coronarias que puede conducir a un ataque al corazón.
• Modelado de células cerebrales: los investigadores del Laboratorio Anastassiou, miembros de los Departamentos de Neurología y Neurocirugía, el Instituto de Medicina Regenerativa de la Junta de Gobernadores y el Centro de Medicina y Ciencias Neurales de Cedars-Sinai, han creado modelos informáticos complejos de células cerebrales individuales, desbloquear nuevas vías para comprender la función cerebral y los trastornos neurológicos.
• Investigación sobre la enfermedad de Alzheimer: una subvención de $8 millones de los Institutos Nacionales de Salud para estudiar la enfermedad de Alzheimer está permitiendo a los investigadores estudiar nuevos métodos de inteligencia artificial de vanguardia y utilizarlos para identificar predictores genéticos del riesgo de enfermedad de Alzheimer.
• Enfermedad del hígado: los expertos de Cedars-Sinai están investigando cómo ChatGPT puede ayudar a mejorar los resultados de los pacientes con cirrosis y cáncer de hígado al proporcionar información fácil de entender sobre cambios en el estilo de vida y tratamientos.
• Obstetricia y ginecología: AI está ayudando a los médicos a avanzar en la predicción de la necesidad de parto por cesárea. Al analizar los registros de salud electrónicos, el modelo de IA de Cedars-Sinai puede ayudar a los médicos a evaluar los factores que influyen en la necesidad de cesáreas, lo que podría generar mejores resultados y una toma de decisiones informada para los padres.
• Cirugía de columna: el Departamento de Biomedicina Computacional, en colaboración con el Consejo de IA de Cedars-Sinai y los cirujanos de columna, está utilizando IA y aprendizaje automático para predecir qué pacientes tienen más probabilidades de manejar con éxito su dolor después de la cirugía y cuáles podrían necesitar asistencia adicional.
• COVID-19: durante el pico de la pandemia de COVID-19, Cedars-Sinai desarrolló un modelo de IA que ayuda a los médicos a diagnosticar la gravedad de la neumonía por COVID-19. Esta tecnología ya se está utilizando en estudios clínicos multicéntricos.

Si bien las iniciativas de IA ya están teniendo un impacto en Cedars-Sinai, quienes lideran la estrategia de la organización están planificando afanosamente expandir el alcance de las aplicaciones.

“Solo estamos comenzando a comprender lo que la IA puede hacer para mejorar la atención médica y la calidad de vida de nuestros pacientes, nuestros médicos y nuestro personal”, dijo Kwiatkowski. “Estamos comprometidos a construir una base firme a medida que avanzamos hacia el futuro”.