¿Por qué algunas enfermedades inflamatorias intestinales crónicas, como la enfermedad de Crohn, afectan tanto el intestino delgado como el colon, mientras que otras, como la colitis ulcerosa, están restringidas al colon? Para resolver acertijos clínicos como este, entreotros, investigadores de la Universidad de Würzburg crearon versiones en miniatura del tracto digestivo en el laboratorio. Uno de sus descubrimientos: el tracto digestivo contiene una segmentación inherente que podría arrojar nueva luz sobre estas afecciones inflamatorias comunes.
Los científicos ahora pueden generar versiones en miniatura de prácticamente cualquier órgano de nuestro cuerpo, incluida la piel, el cerebro y el intestino. Estas estructuras tridimensionales se generan a partir de células madre y se denominan "organoides".
Con un diámetro de alrededor de 0,5 milímetros, los organoides solo pueden ser del tamaño de un grano de mostaza, pero muestran una notable similitud con los órganos reales. "A pesar de su tamaño minúsculo, los organoides simulan el órgano del que derivan extremadamente bien"dice la Dra. Sina Bartfeld, quien dirigió el estudio en el Centro de Investigación de Enfermedades Infecciosas del Instituto de Biología de la Infección Molecular. "Los organoides contienen los mismos tipos de células que el órgano real. Las células madre de las cuales se generan los organoides contienen un tipode identidad preprogramada de tejidos. La célula madre "sabe" de qué órgano proviene e incluso en cultivo produce los tipos de células que están presentes en este órgano en nuestros cuerpos ". En colaboración con el cirujano Armin Wiegering del Hospital Universitario deWürzburg, el equipo del Dr. Bartfeld generó organoides a partir del estómago, el intestino delgado y el colon. Descubrieron una complejidad molecular inesperadamente grande, como lo revela la secuenciación de ARN, que refleja la actividad genética de las celdas.
Uno de sus hallazgos fue que los organoides de los diferentes segmentos del tracto digestivo activan programas genéticos específicos, dependiendo de su identidad tisular. "Es intuitivo que las células gástricas e intestinales tienen que producir diferentes enzimas digestivas, pero nos sorprendiódescubrir que sitios de unión particulares del sistema inmune también son parte de esta identidad tisular ", dice Bartfeld.
La organización particular de los sitios de unión inmune puede desempeñar un papel en las enfermedades inflamatorias específicas de órganos. Incluso podría ser relevante para el desarrollo del cáncer, donde la inflamación crónica también ha sido implicada. Si este es el caso y cómo podría la inflamacióncontribuir a la carcinogénesis requiere más investigación, para lo cual los organoides forman una base nueva.
No solo los organoides pueden generarse rápidamente y en grandes cantidades en el laboratorio, tienen la ventaja adicional de que consisten en tejido humano y forman una representación aproximada de un órgano humano. Dado que existen diferencias sustanciales entre humanos y animales, los organoides puedenayudan a reducir los experimentos con animales e iluminan enfermedades humanas únicas. También juegan un papel cada vez más importante en el desarrollo de fármacos.
Los organoides demuestran la increíble organización del intestino, también con respecto al reconocimiento de bacterias y virus
Además, los organoides abren formas completamente nuevas de investigar procesos moleculares básicos en un modelo biológicamente realista, como el sistema digestivo, que también es el foco del equipo de investigación del Dr. Bartfeld en Würzburg. Las células epiteliales que recubren nuestro aparato digestivoEl tracto tiene una función de barrera importante, que evita que las bacterias entren en nuestros cuerpos. Estos podrían ser patógenos, como bacterias o virus que causan enfermedades.
Al mismo tiempo, el intestino está colonizado por miles de millones de bacterias beneficiosas, la llamada microbiota, que nos ayuda a digerir los alimentos. Las células epiteliales deben ser capaces de detectar bacterias o virus amigables y hostiles y responder adecuadamenteEsto se logra a través de sitios especiales de unión inmune, llamados receptores de reconocimiento de patrones.
Estos receptores reconocen moléculas específicas producidas por las diferentes bacterias en el intestino. Si las células epiteliales reconocen moléculas producidas por patógenos peligrosos, a diferencia de las bacterias beneficiosas, tienen que dar la alarma e inducir una respuesta inmune. Hasta ahora no estaba clarocómo el epitelio es capaz de diferenciar entre amigos y enemigos ". Es extremadamente difícil desenredar la compleja interacción entre las células inmunes, las células epiteliales y los microbios", así que el Dr. Bartfeld ". Sin embargo, dado que nuestros organoides contienen solo células epiteliales, podemos usarellos para investigar específicamente la contribución del epitelio en esta interacción "
Durante su estudio, los científicos descubrieron que cada receptor de reconocimiento de patrones tiene su propio patrón de actividad génica específico del segmento. "El estómago, así como cada segmento del intestino, tiene su propio repertorio específico de receptores de reconocimiento de patrones", explica Özge Kayisoglu,primer autor del estudio. "Por lo tanto, la respuesta inmune del epitelio es específica de la ubicación. De esta manera, el estómago reacciona a diferentes compuestos bacterianos que el intestino delgado o el colon". Estas diferencias en la respuesta inmune pueden contribuir al segmentoenfermedades específicas como la colitis ulcerosa o la enfermedad de Crohn.
¿Qué induce esta reacción diferencial a los compuestos bacterianos? Inicialmente, la suposición obvia era que los receptores inmunes están regulados en respuesta a la colonización con bacterias beneficiosas. Para probar esta hipótesis, los investigadores generaron organoides que nunca habían estado en contacto con las bacterias ".Los datos mostraron que la microbiota tiene un efecto, pero nos sorprendió descubrir que, en gran parte, el reconocimiento inmune del epitelio está de hecho genéticamente determinado durante el desarrollo e independiente del medio ambiente ", dice Bartfeld.
En conjunto, sus hallazgos representan un paso importante para iluminar los procesos inflamatorios. Muestran que cada sección del tracto digestivo tiene su propia combinación específica de receptores de reconocimiento inmunitario. Las disfunciones de esta inmunidad innata pueden promover el desarrollo de enfermedades inflamatorias.
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Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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