Recrean el intestino humano con un chip y células madre

Investigadores han demostrado cómo las células de un revestimiento intestinal humano creadas fuera del tejido vivo de un espejo corporal del individuo cuando se colocan dentro de un intestino en un chip abre la puerta a pruebas personalizadas de tratamientos farmacológicos.

Los hallazgos tienen el potencial de cambiar la forma en que se trata a los pacientes por enfermedades gastrointestinales inflamatorias y debilitantes con un componente genético, como la enfermedad de Crohn, la colitis ulcerosa y el síndrome del intestino irritable.

En lugar de exponer a un paciente a tratamientos farmacológicos que pueden ser costosos, ineficaces o portadores de efectos secundarios dañinos, los científicos podrían usar las propias células madre del individuo para generar un duplicado del revestimiento intestinal en un intestino en un chip y analizar múltiples medicamentos en él. Los investigadores podrían determinar qué fármaco funciona mejor en el intestino de ese paciente.

El chip permite estudiar el funcionamiento del revestimiento intestinal en un microambiente controlado

El estudio fue realizado por investigadores del Instituto de Medicina Regenerativa de la Junta de Gobernadores de Cedars-Sinai y Emulate, Inc. en Boston, Estados Unidos. Este avance permitirá a los científicos biomédicos estudiar el funcionamiento del revestimiento intestinal de un individuo en un microambiente controlado, donde el revestimiento puede interactuar con las células inmunitarias, las células sanguíneas y los medicamentos, plantea el autor principal del estudio, Robert Barrett, profesor asistente de Medicina e investigador del Instituto de Medicina Regenerativa del Cedars-Sinai.

“Este emparejamiento de biología e ingeniería nos permite recrear un revestimiento intestinal que coincide con el de un paciente con una enfermedad intestinal específica, sin realizar una cirugía invasiva para obtener una muestra de tejido”, dice el coautor del estudio, Clive Svendsen, director del Instituto de Medicina Regenerativa de la Junta de Gobernadores de Cedars-Sinai. “Podemos producir un número ilimitado de copias de este tejido y utilizarlas para evaluar terapias potenciales. Este es un avance importante en la Medicina Personalizada”.

El equipo del estudio, que se publica en Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology, utilizó dos tecnologías avanzadas para producir y mantener el revestimiento intestinal: Cedars-Sinai proporcionó las células madre pluripotentes inducidas (iPSCs), mientras que Emulate suministró su intestino en un chip, que está hecho de un polímero flexible que presenta pequeños canales que pueden estar alineados con miles de células humanas vivas.

Para fabricar las iPSC, los investigadores de Cedars-Sinai primero tomaron pequeñas muestras de sangre y células de la piel de un adulto y reprogramaron éstas en iPSCs, que son similares a las células madre embrionarias y pueden producir cualquier tipo de célula corporal.

Usando proteínas especiales y otras sustancias, los científicos presionaron a las iPSCs para que produzcan células del revestimiento intestinal. Cada célula tenía la huella genética única y las características del adulto que donó las células originales. Las nuevas células se usaron para desarrollar versiones en miniatura del revestimiento intestinal de la persona, conocidas como organoides.

Las mismas células clave que el tejido natural

El equipo seleccionó luego las células de estos organoides y las colocó dentro de los intestinos, que son del tamaño aproximado de las pilas tipo AA y recrean el microambiente natural del intestino humano, incluido el epitelio intestinal, la capa de células que forma el revestimiento de los intestinos delgado y grueso. Los fluidos pasaron a través de microcanales de estos chips, creando un entorno que permitió a las células desarrollar las estructuras tridimensionales parecidas a vellosidades que se encuentran en el intestino del cuerpo.

Las pruebas mostraron que el revestimiento intestinal que formaron los investigadores contenía todos los tipos de células clave que normalmente se encuentran en dicho tejido. “Los chips de órganos abordan los principales desafíos al estudiar el intestino humano y las enfermedades intestinales en el laboratorio”, señala la coautora del estudio, Geraldine A. Hamilton, presidenta y directora científica de Emulate.

“El intestino en un chip es un ‘hogar lejos del hogar’ para las células humanas y les proporciona el microambiente adecuado y las señales biológicas que necesitan para comportarse como lo hacen en el cuerpo. Nuestro intestino en un chip también permite a los investigadores cultivar las células epiteliales junto con otros tipos de células inmunitarias, y analizar cómo interactúan estos diferentes tipos de células”, agrega.

“Además, al asociarnos con Cedars-Sinai para generar revestimientos intestinales de iPSCs, podemos hacer coincidir el intestino en un chip con donantes individuales”, agrega Hamilton. El estudio fue parte de una iniciativa de Cedars-Sinai Precision Health, cuyo objetivo es impulsar el desarrollo de la tecnología innovadora y la mejor investigación, unida con las mejor práctica clínica, para permitir rápidamente una nueva era de salud personalizada.