Científicos diseñan tejidos intestinales humanos y nervios funcionales

Científicos informan en un artículo publicado en la edición digital de 'Nature Medicine' que han usado células madre humanas pluripotentes para cultivar tejidos intestinales humanos que tienen nervios funcionales en un laboratorio y después usarlos para reconstruir y estudiar un desorden severo del nervio intestinal llamado enfermedad de Hirschsprung.

Los hallazgos describen un nuevo enfoque para ingenieros y estudiosos de los tejidos del intestino, el órgano inmune más grande del cuerpo, su procesador de alimentos y la interfaz principal con el mundo exterior. Los autores del estudio en el Centro Médico del Hospital de Niños de Cincinnati, Estados Unidos, dicen que el artículo acerca a la ciencia médica más cerca del uso de células madre pluripotentes humanas (que pueden convertirse en cualquier tipo celular en el cuerpo) para la medicina regenerativa y el crecimiento de intestino humano específico para el trasplante.

'Un día esta tecnología nos permitirá hacer crecer una sección de intestino sano para el trasplante en un paciente, pero la capacidad de usarlo ahora para probar y hacer innumerables nuevas preguntas ayudará en mayor medida a la salud humana', dice Michael Helmrath, coinvestigador del estudio y director quirúrgico del Programa de Rehabilitación Intestinal en el Hospital Infantil de Cincinnati.

Esta habilidad comienza con la capacidad de modelar y estudiar los trastornos intestinales en tejido tridimensional funcional de órganos humanos con células de pacientes genéticamente específicas. La tecnología también permitirá a los investigadores probar nuevos productos terapéuticos en intestino humano en funcionamiento mediante ingeniería de laboratorio antes de los ensayos clínicos en pacientes.

Muchos medicamentos orales producen diarrea, calambres y perjudican a la motilidad intestinal. Un objetivo bastante inmediato de esta tecnología que podría ayudar a un mayor número de personas es como un primer cribado para los nuevos fármacos con el fin de buscar toxicidades y prevenir los efectos secundarios en el intestino', explica Jim Wells, investigador principal y director del 'Pluripotent Stem Cell Facility' en el Hospital Infantil de Cincinnati.

Se abre la puerta a nuevos estudios sobre diabetes y nutrición

Mientras la ciencia continúa aprendiendo más acerca de lo importante que es la salud intestinal para la salud en general, Wells y Helmrath consideran que el uso del intestino humano funcional generado por el laboratorio abre una serie de nuevas oportunidades de investigación.

Algunas incluyen la posibilidad de realizar estudios más profundos sobre la salud nutricional, la diabetes, las enfermedades intestinales graves (como la enterorcolitis necrotizante) y los cambios bioquímicos en el cuerpo producidos por la cirugía de pérdida de peso mediante bypass gástrico.

Los investigadores comenzaron por someter a las células madre pluripotentes humanas a un baño bioquímico que desencadena su formación en tejido intestinal humano en una placa de Petri. El proceso fue esencialmente el mismo que el usado por el laboratorio de Wells en un estudio histórico 2010, que informó de la primera generación de organoides intestinales humanos tridimensionales en un laboratorio.

Los tejidos intestinales del estudio inicial carecían de un sistema nervioso entérico, que es crítico para el movimiento de los desechos a través del tracto digestivo y la absorción de nutrientes. El tracto gastrointestinal contiene el segundo mayor número de nervios en el cuerpo humano, señala Wells. Cuando estos nervios no funcionan correctamente, se obstaculiza la contracción de los músculos intestinales, lo que contribuye a dolor abdominal, diarrea, estreñimiento y, en casos severos, crea bloqueos funcionales que requieren cirugía.

Para diseñar un sistema nervioso para los organoides intestinales que ya crecen en una placa de Petri, los investigadores generaron células nerviosas en etapa embrionaria llamadas células de cresta neural en un plato aparte, las cuales fueron manipuladas para formar células precursoras de los nervios entéricos. El desafío en esta etapa fue identificar cómo y cuándo incorporar las células de la cresta neural en el intestino en desarrollo.

'Hemos probado algunos enfoques diferentes basados en gran medida en la hipótesis de que, si se juntan las células adecuadas en el momento idóneo en la placa de Petri, se sabrá qué hacer. Fue largo, pero funcionó', relata Wells. La mezcla apropiada hizo que las células precursoras de los nervios entéricos y los intestinos crecieran juntas de una manera parecida al desarrollo del intestino fetal y el resultado fue la primera evidencia de la generación de organoides intestinales tridimensionales complejos y funcionales en una placa de Petri, y derivados completamente de células madre pluripotentes humanas.

Una prueba clave para los intestinos y nervios diseñados fue trasplantarlos en un organismo vivo --en este caso los ratones de laboratorio con sistemas inmunes suprimidos--, lo cual permitió a los investigadores ver cómo de bien crecen y funcionan los tejidos. Los datos del trabajo muestran que los tejidos funcionan y están estructurados de una manera notablemente similar al intestino humano natural, crecen de forma robusta, procesan nutrientes y demuestran una serie de contracciones musculares ondulatorias que en el cuerpo mueven los alimentos a través del tracto digestivo.

Los investigadores utilizaron la tecnología para estudiar la progresión molecular de una forma rara de la enfermedad de Hirschsprung, un trastorno en el cual el recto y el colon no desarrollan un sistema nervioso normal, provocando la acumulación de residuos. Una forma severa de Hirschsprung es causada por una mutación en el gen PHOX2B y ensayos en una placa de Petri y ratones demostraron que la mutación PHOX2B genera profundas alteraciones perjudiciales para los tejidos intestinales inervados.