Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña desarrollan un modelo de intestino humano en 3D que simula las características de la mucosa intestinal y su relieve. Este mini-intestino ha permitido recrear infecciones bacterianas como la que caracteriza la enfermedad de Crohn y servirá para estudiar el funcionamiento del intestino y su respuesta a diferentes patógenos.
Las principales funciones de nuestro intestino son absorber los nutrientes de la digestión y actuar como barrera protectora frente a patógenos. La pared interna del intestino, el epitelio intestinal, tiene una peculiar estructura 3D organizada en forma de dedos o de “valles y cimas”, y se sabe que esta estructura 3D es fundamental para su correcto funcionamiento. Por otro lado, estos valles y cimas están recubiertos por una mucosa, que entre otras funciones abriga a nuestra microbiota intestinal, formada por entre 500 y 1000 especies distintas de microorganismos.
Esta misma mucosa es también la primera barrera de protección justamente para impedir que otros microorganismos potencialmente patogénicos, o sustancias químicas nocivas, puedan entrar en nuestro organismo y causar enfermedades. Estos dos factores, estructura 3D + mucosa, son esenciales en la fisiología intestinal, sin embargo, los modelos de intestino desarrollados hasta la fecha para su estudio en laboratorio se basan en estructuras en 2D que no producen mucosidad, lo que limita mucho su relevancia y utilización.
Ahora, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) han creado un modelo de intestino que presenta la característica estructura 3D de valles y cimas, y además puede generar la mucosa. Han utilizado este nuevo modelo para estudiar la interacción con patógenos intestinales. Concretamente han podido simular con éxito la infección bacteriana producida por una cepa de E. coli que caracteriza la enfermedad de Crohn. El trabajo ha sido dirigido por Elena Martínez, líder del grupo “Sistemas Biomiméticos para Ingeniería Celular” en colaboración con el grupo “Infecciones Bacterianas y Terapias Antomicrobianas” liderado por Eduard Torrents. Los resultados se han publicado recientemente en la revista Pharmaceutics.
Fabricando mini-intestinos 3D
Para construir la estructura 3D de valles y cimas del intestino, los investigadores han utilizado el método de la fotopolimerización, es decir, han usado un material que adquiere su forma y consistencia finales al ser iluminado con un tipo concreto de luz UV. Con este sistema han construido una estructura 3D similar al intestino, en forma de dedos, y los diferentes tipos de células que forman ese órgano han crecido, se han posicionado de forma similar a lo que ocurre en el intestino, y más importante, han sido capaces de producir mucosidad intestinal. Utilizando esta tecnología los investigadores han podido crear al detalle una estructura 3D similar al intestino.
“Las células han colonizado nuestra estructura de mini-intestino 3D y han sido capaces de secretar la mucosidad y responder al fluido intestinal que caracteriza el intestino, dos aspectos esenciales para su correcto funcionamiento”. María García-Díaz (IBEC), primera autora del estudio
Un nuevo modelo para estudiar infecciones intestinales
Los mini-intestinos desarrollados por los investigadores del IBEC presentan tanto la estructura 3D característica de valles y cimas, como la capacidad de producir la mucosidad intestinal, siendo por tanto un modelo muy útil para estudios de intestino en el laboratorio.
Para analizar la eficacia de este modelo en estudios de infecciones bacterianas, los investigadores se han centrado en la enfermedad de Crohn. Esta enfermedad pertenece al grupo de enfermedades inflamatorias intestinales, y hasta la fecha se desconocen sus causas. Afecta el tracto intestinal y se cree que ese trastorno está relacionado con un ataque del sistema inmune a algunos componentes bacterianos presentes en el intestino. Actualmente no existe cura para esa enfermedad y los tratamientos se limitan a paliar los síntomas.
Al inocular en los mini-intestinos 3D una cepa de la bacteria E. coli relacionada con la enfermedad de Crohn, los investigadores han observado una respuesta inflamatoria similar a la que ocurre en pacientes, poniendo de manifiesto la importancia de recrear un ambiente lo más fidedigno posible para simular en laboratorio el comportamiento de las bacterias. En otras palabras, estos prometedores resultados refuerzan la utilidad y validez de ese nuevo modelo para el estudio de esta, y posiblemente de otras enfermedades intestinales causadas por patógenos. Este trabajo muestra además que la mucosidad intestinal juega un papel protector clave en las infecciones.
“Hemos demostrado que nuestro modelo imita de forma rigurosa las características clave de la mucosa intestinal necesarias para estudiar las interacciones con los patógenos”. Elena Martínez (IBEC), investigadora principal del estudio.
Artículo de referencia: 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).
