Crédito: Amy Engevik
Investigadores descubren cómo se pliega y se mueveel epitelio intestinal
23 de junio de 2021 | Historia original del Instituto de Bioingeniería de Cataluña
El intestino humano está formado por más de 40 metros cuadrados de tejido, con multitud de pliegues en su superficie interna que se asemejan a valles y picos montañosos cuya finalidades aumentar la absorción de nutrientes. El intestino también tiene la característica única de estar en un estado continuo de auto renovación. Esto significa que aproximadamente cada 5 días se renuevan todas las células de sus paredes internas para garantizar el correcto funcionamiento intestinal. Hasta ahora, los científicos sabían que esta renovación podía tener lugar gracias a las células madre, que están protegidas en las llamadas criptas intestinales, y que dan lugar a nuevas células diferenciadas. Sin embargo, se desconocía el proceso que conduce a la forma cóncava de las criptas y a la migración de nuevas células hacia los picos intestinales.
Ahora, un equipo internacional liderado por Xavier Trepat, Profesor e Investigador del ICREA y Jefe de Grupo del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), en colaboración con el IRB, investigadores de las universidades de la UB y la UPC de Barcelona, y el Instituto Curie de París, ha descifrado los mecanismos que llevan a las criptas a adoptar y mantener su forma cóncava, y cómo se produce el movimiento migratorio de las células hacia los picos, sin que el intestino pierda su característica forma plegada. El estudio, publicado en la prestigiosa revista Nature Cell Biology,ha combinado el modelado por computadora, liderado por Marino Arroyo, profesor de la UPC, investigador asociado al IBEC y miembro de CIMNE, con experimentos con organoides intestinales a partir de células de ratón, y demuestra que este proceso es posible gracias a las fuerzas mecánicas ejercidas por las células. Una parte importante de este estudio ha sido apoyada por la Obra Social "la Caixa" en el marco del programa CaixaResearch. La entidad también ha concedido una beca al primer coautor, Gerardo Ceada, para realizar su doctorado en el IBEC.
Las fuerzas determinan y controlan la forma del intestino y el movimiento de las células
Utilizando células madre de ratón y técnicas de bioingeniería y mecanobiología, los investigadores han desarrollado mini-intestinos, organoides que se asemejan a la estructura tridimensional de picos y valles, recapitulando funciones tisulares in vivo. Utilizando tecnologías de microscopía desarrolladas por el mismo grupo, los investigadores llevaron a cabo por primera vez experimentos de alta resolución que les han permitido obtener mapas 3D que muestran las fuerzas ejercidas por cada célula.
Además, con este modelo in vitro,los científicos han demostrado que el movimiento de nuevas células al extremo apical de los pliegues también está controlado por fuerzas mecánicas ejercidas por las propias células, concretamente por el citoesqueleto, una red de filamentos que determina y mantiene la forma celular.
“Contrariamente a lo que se creía hasta ahora, hemos podido determinar que no son las células de la cripta intestinal las que empujan a las nuevas hacia arriba, sino que son las células en el extremo apical de los pliegues las que tiran de las nuevas hacia arriba, similar a un montañista que ayuda a otro escalador tirando de ellas hacia arriba”, explica Gerardo Ceada del IBEC.
“Con este sistema, hemos descubierto que la cripta es cóncava porque las células tienen más tensión en su superficie superior que en la inferior, lo que hace que adopten una forma cónica. Cuando esto ocurre en varias células una al lado de la otra, el resultado es que el tejido se pliega, dando lugar a un patrón de picos y valles”, añade Carlos Pérez-González, (IBEC e Instituto Curie).
El nuevo modelo de mini-intestino permitirá realizar nuevos estudios de enfermedades como el cáncer, la enfermedad celíaca o la colitis en condiciones reproducibles y reales, en las que se produzca una proliferación descontrolada de células madre o una desestructuración de los pliegues. Además, los organoides intestinales pueden fabricarse con células humanas y utilizarse para el desarrollo de nuevos fármacos o para el estudio de la microbiota intestinal.
Referencia
Pérez-González C, Ceada G, Greco F, et al. Mechanical compartmentalization of the intestinal organoid enables crypt folding and collective cell migration. Nat Cell Biol. 2021. doi: 10.1038/s41556-021-00699-6
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