Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya desenvolupen un model d’intestí humà en 3D que simula les característiques de la mucosa intestinal i el seu relleu. Aquest mini-intestí ha permès recrear infeccions bacterianes com la que caracteritza la malaltia de Crohn i servirà per a estudiar el funcionament de l’intestí i la seva resposta a diferents patògens.
Les principals funcions del nostre intestí són absorbir els nutrients de la digestió i actuar com a barrera protectora enfront de patògens. La paret interna de l’intestí, l’epiteli intestinal, té una peculiar estructura 3D organitzada en forma de dits o de “valls i cims”, i se sap que aquesta estructura 3D és fonamental per al seu correcte funcionament. D’altra banda, aquestes valls i cims estan recoberts per una mucosa, que entre altres funcions abriga a la nostra microbiota intestinal, formada entre 500 i 1000 espècies diferents de microorganismes.
Aquesta mateixa mucosa és també la primera barrera de protecció justament per a impedir que altres microorganismes potencialment patogènics, o substàncies químiques nocives, puguin entrar en el nostre organisme i causar malalties. Aquests dos factors, estructura 3D + mucosa, són essencials en la fisiologia intestinal, no obstant això, els models d’intestí desenvolupats fins avui per al seu estudi en laboratori es basen en estructures en 2D que no produeixen mucositat, la qual cosa limita molt la seva rellevància i utilització.
Ara, investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) han creat un model d’intestí que presenta la característica estructura 3D de valls i cims, i a més pot generar la mucosa. Han utilitzat aquest nou model per a estudiar la interacció amb patògens intestinals. Concretament han pogut simular amb èxit la infecció bacteriana produïda per un cep d’E. coli que caracteritza la malaltia de Crohn. El treball ha estat liderat per Elena Martínez, investigadora principal del grup “Sistemes Biomimètics per a Enginyeria Cel·lular” en col·laboració amb el grup “Infeccions Bacterianes i Teràpies Antomicrobianes” liderat per Eduard Torrents. Els resultats s’han publicat recentment en la revista Pharmaceutics.
Fabricant mini-intestins 3D
Per a construir l’estructura 3D de valls i cims de l’intestí, els investigadors han utilitzat el mètode de la fotopolimerizació, és a dir, han usat un material que adquireix la seva forma i consistència finals en ser il·luminat amb un tipus concret de llum UV. Amb aquest sistema han construït una estructura 3D similar a l’intestí, en forma de dits, i els diferents tipus de cèl·lules que formen aquest òrgan han crescut, s’han posicionat de manera similar al que ocorre en l’intestí, i més important, han estat capaços de produir mucositat intestinal. Utilitzant aquesta tecnologia els investigadors han pogut crear al detall una estructura 3D similar a l’intestí.
“Les cèl·lules han colonitzat la nostra estructura de mini-intestí 3D i han estat capaços de secretar la mucositat i respondre al fluid intestinal que caracteritza l’intestí, dos aspectes essencials per al seu correcte funcionament”. María García-Díaz (IBEC), primera autora de l’estudi
Un nou model per a estudiar infeccions intestinals
Els mini-intestins desenvolupats pels investigadors de l’IBEC presenten tant l’estructura 3D característica de valls i cims, com la capacitat de produir la mucositat intestinal, sent per tant un model molt útil per a estudis d’intestí en el laboratori.
Per a analitzar l’eficàcia d’aquest model en estudis d’infeccions bacterianes, els investigadors s’han centrat en la malaltia de Crohn. Aquesta malaltia pertany al grup de malalties inflamatòries intestinals, i fins avui es desconeixen les seves causes. Afecta el tracte intestinal i es creu que aquest trastorn està relacionat amb un atac del sistema immune a alguns components bacterians presents en l’intestí. Actualment no existeix cura per a aquesta malaltia i els tractaments es limiten a pal·liar els símptomes.
En inocular en els mini-intestins 3D un cep del bacteri E. coli relacionada amb la malaltia de Crohn, els investigadors han observat una resposta inflamatòria similar a la que ocorre en pacients, posant de manifest la importància de recrear un ambient el més fidedigne possible per a simular en laboratori el comportament dels bacteris. En altres paraules, aquests prometedors resultats reforcen la utilitat i validesa d’aquest nou model per a l’estudi d’aquesta, i possiblement d’altres malalties intestinals causades per patògens. Aquest treball mostra a més que la mucositat intestinal juga un paper protector clau en les infeccions.
“Hem demostrat que el nostre model imita de manera rigorosa les característiques clau de la mucosa intestinal necessàries per a estudiar les interaccions amb els patògens”. Elena Martínez (IBEC), investigadora principal de l’estudi.
Article de referència: Mimicking the Intestinal Host–Pathogen Interactions in a 3D In Vitro Model: The Role of the Mucus Layer. María García-Díaz, Maria del Mar Cendra, Raquel Alonso-Roman, María Urdániz, Eduard Torrents, Elena Martínez. Pharmaceutics 2022, 14(8).
