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MADRID, 20 Feb. (EUROPA PRESS) -
Un nuevo sistema de implante electrónico puede ayudar a que las células pancreáticas cultivadas en laboratorio maduren y funcionen correctamente, lo que podría sentar las bases para nuevas terapias celulares contra la diabetes, según investigadores de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania y la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, ambas en Estados Unidos.
Su implante incorpora una malla ultrafina de cables conductores en el tejido pancreático en crecimiento, según un estudio publicado en 'Science'.
"Las palabras 'biónico', 'cibernético', 'cíborg', todas ellas se aplican al dispositivo que hemos creado", comenta Juan Álvarez, profesor adjunto de Biología Celular y del Desarrollo. Si bien estos términos pueden sonar futuristas, señala que este enfoque ya se utiliza en forma de estimulación cerebral profunda, que trata afecciones neurológicas. "Lo que estamos haciendo es como una estimulación profunda para el páncreas. Al igual que los marcapasos ayudan al corazón a mantener el ritmo, los pulsos eléctricos controlados pueden ayudar a las células pancreáticas a desarrollarse y funcionar como se espera".
En la diabetes tipo 1, el sistema inmunitario ataca por error grupos de células secretoras de hormonas, llamadas islotes, lo que anula su capacidad de producir insulina, la señal para reducir el azúcar en sangre. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE. UU. estiman que en 2021 aproximadamente dos millones de estadounidenses de todas las edades padecían esta afección. En los casos más graves de diabetes tipo 1, y ocasionalmente de diabetes tipo 2, los pacientes necesitan reemplazar las células perdidas o dañadas, ya sea con un páncreas completo, segmentos del mismo o con células de los islotes.
Todas estas opciones suelen ser escasas, lo que obliga a los pacientes a esperar un año o más para un trasplante de páncreas o de células de los islotes. Tras el procedimiento, deben tomar inmunosupresores de por vida para asegurar que su organismo no rechace el trasplante. Sin embargo, el tejido pancreático cultivado en laboratorio no presenta estos inconvenientes.
Los investigadores del laboratorio de Álvarez colaboraron con el laboratorio de Jia Liu en la Universidad de Harvard para implantar una fina malla conductora de electricidad en fragmentos de tejido pancreático en desarrollo, capaz de detectar las señales eléctricas de las células de los islotes. Posteriormente, introdujeron un ritmo natural de 24 horas en la actividad eléctrica, lo que impulsó la maduración de las células y su respuesta adecuada al azúcar, superando así un importante desafío para el desarrollo de tejido pancreático completamente funcional fuera del cuerpo. Estos trasplantes alternativos prometen ampliar drásticamente la disponibilidad de tejido nuevo y, si se diseñan adecuadamente, reducir el riesgo de rechazo.
Este método de inducir a las células madre humanas a producir células beta y otras células secretoras de hormonas ya se está probando en ensayos clínicos. Sin embargo, persiste un desafío clave: incluso con este impulso eléctrico, las células cultivadas en laboratorio a menudo no maduran completamente y podrían no liberar insulina y otras hormonas con la misma fiabilidad que las naturales.
El laboratorio de Álvarez se especializa en el crecimiento de piezas tridimensionales de tejido pancreático llamadas organoides, mientras que el laboratorio de Liu desarrolla implantes electrónicos similares a tejidos. Para crear el tejido cíborg, colocaron una malla elástica (más delgada que un cabello humano) entre capas de células, que luego se agruparon para formar islotes. Esta configuración permitió al equipo registrar la actividad eléctrica de las células individuales de los islotes durante dos meses y obtener nuevos conocimientos sobre esta transición, incluyendo la función de los ritmos circadianos.
En investigaciones anteriores, el laboratorio de Álvarez demostró que la exposición de células funcionalmente inmaduras a un ritmo circadiano (similar al reloj interno natural de 24 horas del cuerpo que regula el ciclo sueño-vigilia, la digestión y otros sistemas) impulsa el desarrollo completo de las células hasta alcanzar sus funciones maduras y especializadas. El equipo descubrió que, después de cuatro días, las células continuaban su ciclo circadiano por sí solas.
Este nuevo ritmo impulsó la maduración de las células de los islotes, lo que les permitió secretar hormonas en los momentos adecuados. Los datos, por su parte, mostraron que los ciclos iniciales no solo enseñaron a las células individuales un nuevo comportamiento eléctrico, sino que también parecieron ayudarlas a trabajar sincronizadas, como un equipo coordinado, explica Álvarez.
Álvarez prevé dos maneras en que esta investigación podría conducir a alternativas de trasplante. Quizás se podrían "expulsar" células de islotes cultivadas en laboratorio para prepararlas para su uso en un paciente y luego dejarlas producir, almacenar y liberar insulina por sí solas. O tal vez se podría dejar la malla en su lugar para monitorear y estimular las células de islotes. Este enfoque podría garantizar que las células no retrocedan y, por lo tanto, dejen de responder a la insulina, como puede ocurrir con el estrés o una enfermedad.
Con el tiempo, la IA podría controlar dicho sistema, monitorizando las células y estimulándolas cuando sea necesario. "En el futuro, podríamos tener un sistema que funcione sin intervención humana2, concluye Álvarez. Este trabajo cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud y una beca piloto del Centro de Investigación de la Diabetes de la Universidad de Pensilvania.
