Un nuevo sistema de implante electrónico podría revolucionar el tratamiento de la diabetes al ayudar a que las células pancreáticas cultivadas en laboratorio maduren y funcionen correctamente. Este avance, desarrollado por 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, abre la puerta a nuevas terapias celulares para combatir esta enfermedad crónica.
El implante incorpora una malla ultrafina de cables conductores en el tejido pancreático en crecimiento, según un estudio publicado en Science. Juan Álvarez, profesor adjunto de Biología Celular y del Desarrollo, señala que los términos ‘biónico’, ‘cibernético’ y ‘cíborg’ son aplicables al dispositivo creado. A pesar de que estos términos puedan parecer futuristas, el enfoque ya se utiliza en la estimulación cerebral profunda, que trata afecciones neurológicas. «Lo que estamos haciendo es como una estimulación profunda para el páncreas», explica. «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 hormona que regula los niveles de azúcar en sangre. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE. UU., en 2021 aproximadamente 2.000.000 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.
Sin embargo, estas opciones suelen ser escasas, lo que obliga a los pacientes a esperar un año o más para recibir un trasplante de páncreas o de células de islotes. Tras el procedimiento, deben tomar inmunosupresores de por vida para evitar que su organismo rechace el trasplante. A diferencia de esto, 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. Esta malla es 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 permitió su adecuada respuesta al azúcar, superando un importante desafío en 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: aunque se aplique 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 células 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 les permitió 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 su desarrollo completo hasta alcanzar 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 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 formas en que esta investigación podría conducir a alternativas de trasplante. Por un lado, las células de islotes cultivadas en laboratorio podrían ser «expulsadas» para su uso en un paciente y luego dejarlas producir, almacenar y liberar insulina por sí solas. Por otro, la malla podría permanecer en su lugar para monitorear y estimular las células de islotes, garantizando que estas no retrocedan y mantengan su respuesta a la insulina, que podría verse afectada por el estrés o enfermedades.
Con el tiempo, se podría implementar un sistema controlado por inteligencia artificial que monitorice las células y las estimule 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.
