No te lo vas a creer: trasplantes electrónicos para reemplazar tejido pancreático
Con el tiempo, la IA podría controlar dicho sistema, monitorizando las células y estimulándolas cuando sea necesario
Investigadores de la Facultad de Medicina Perelman, Universidad de Pensilvania y de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad de Harvard han desarrollado un innovador sistema de implante electrónico capaz de favorecer la maduración y funcionalidad de células pancreáticas cultivadas en laboratorio, un avance que podría sentar las bases de nuevas terapias celulares para la diabetes. El estudio, publicado en Science, describe cómo este dispositivo integra una malla ultrafina de cables conductores dentro del tejido pancreático en crecimiento, proporcionando estímulos eléctricos controlados que ayudan a que las células se desarrollen correctamente.
Juan Álvarez, profesor adjunto de Biología Celular y del Desarrollo, compara el implante con tecnologías ya conocidas en neurología: «Las palabras biónico, cibernético, cíborg, todas ellas se aplican al dispositivo que hemos creado. 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 guiar a las células pancreáticas para que funcionen como se espera».
Esta innovación cobra especial relevancia en la diabetes tipo 1, donde el sistema inmunitario destruye por error los islotes pancreáticos responsables de producir insulina, afectando la regulación del azúcar en sangre. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE UU, en 2021 aproximadamente dos millones de estadounidenses padecían esta enfermedad. En los casos graves de diabetes tipo 1, y en ocasiones de diabetes tipo 2, los pacientes requieren reemplazar las células dañadas mediante trasplante de páncreas completo, segmentos del mismo o células de islotes, lo que hace que esta tecnología emergente ofrezca una vía prometedora para tratamientos más precisos y efectivos.
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.
Células madre humanas
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.
Reloj interno
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 sólo enseñaron a las células individuales un nuevo comportamiento eléctrico, sino que también parecieron ayudarlas a trabajar sincronizadas, como un equipo coordinado, explica Álvarez.
Expulsa las células
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 humana, 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.
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