Un innovador implante electrónico tiene el potencial de mejorar la maduración y el funcionamiento de las células productoras de insulina en laboratorio, lo que podría abrir un nuevo camino hacia terapias celulares contra la diabetes. Esta investigación es fruto de la colaboración entre la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania y la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, ambas instituciones estadounidenses.
De acuerdo con un estudio publicado en la revista Science, el dispositivo incorpora una malla ultrafina de conductores eléctricos que se integra en el tejido pancreático en crecimiento. Juan Álvarez, profesor adjunto de Biología Celular y del Desarrollo, explica que términos como «biónico», «cibernético» y «ciborg» son aplicables a este dispositivo. Destaca que, aunque suena futurista, este enfoque ya se utiliza en tratamientos como la estimulación cerebral profunda para tratar afecciones neurológicas.
Álvarez compara el funcionamiento del implante con un marcapasos que ayuda al corazón, señalando que pulsos eléctricos controlados pueden facilitar el desarrollo y la correcta función de las células pancreáticas. En el caso de la diabetes tipo 1, el sistema inmunitario ataca a las células beta, responsables de la producción de insulina, lo que resulta en una incapacidad del cuerpo para regular el azúcar en sangre. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE. UU., una cifra no especificada de estadounidenses padecían esta enfermedad en 2021.
Los pacientes con diabetes tipo 1 más severa, y algunos con diabetes tipo 2, a menudo requieren un trasplante de páncreas o de células de islotes, procedimientos que son escasos y requieren largos períodos de espera. Además, los pacientes deben tomar medicamentos inmunosupresores de por vida para evitar el rechazo. En contraste, el tejido pancreático cultivado en laboratorio no presenta estas complicaciones.
Los investigadores de Álvarez trabajaron junto con el laboratorio de Jia Liu en Harvard para implantar una malla conductora en fragmentos de tejido pancreático en desarrollo. Este dispositivo no solo detecta las señales eléctricas de las células de los islotes, sino que también introduce un ritmo natural de 24 horas en la actividad eléctrica, lo que fomenta la maduración y la respuesta adecuada de las células al azúcar, superando así un reto importante en el desarrollo de tejido pancreático completamente funcional fuera del cuerpo.
Las alternativas de trasplante que ofrece este método podrían aumentar considerablemente la disponibilidad de tejido nuevo y, si se diseñan adecuadamente, disminuir el riesgo de rechazo. Este enfoque para inducir a células madre humanas a producir células beta se está evaluando en ensayos clínicos, aunque aún enfrenta el desafío de que las células cultivadas en laboratorio a menudo no maduran completamente y pueden no liberar insulina con la misma eficacia que las células naturales.
El laboratorio de Álvarez se especializa en el crecimiento de organoides de tejido pancreático, mientras que el laboratorio de Liu se centra en desarrollar implantes electrónicos similares a tejidos. Para crear este tejido «ciborg», se colocó una malla elástica, más delgada que un cabello humano, entre capas de células que luego se agruparon para formar islotes. Esta disposición permitió al equipo registrar la actividad eléctrica de las células individuales durante dos meses, obteniendo información valiosa sobre la transición de las células, incluido el papel de los ritmos circadianos.
En investigaciones previas, el laboratorio de Álvarez demostró que someter a las células funcionalmente inmaduras a un ritmo circadiano estimula su desarrollo hasta alcanzar funciones maduras y especializadas. Tras cuatro días, las células continuaron su ciclo circadiano de manera autónoma, lo que facilitó su maduración y la secreción de hormonas en momentos adecuados.
Los datos revelaron que los ciclos iniciales no solo enseñaron a las células a desarrollar un nuevo comportamiento eléctrico, sino que también las ayudaron a trabajar de manera coordinada. Álvarez sugiere que esta investigación podría conducir a dos alternativas de trasplante: una sería «expulsar» células de islotes cultivadas para su uso en pacientes, permitiendo que produzcan y liberen insulina por sí solas; la otra sería mantener la malla en su lugar para monitorear y estimular las células de islotes, garantizando su función y evitando que dejen de responder a la insulina.
Con el tiempo, la inteligencia artificial podría asumir el control de este sistema, supervisando las células y activándolas cuando sea necesario. «En el futuro, podríamos tener un sistema que funcione sin intervención humana», concluye Álvarez. Esta investigación cuenta con el respaldo de los Institutos Nacionales de Salud y una beca piloto del Centro de Investigación de la Diabetes de la Universidad de Pensilvania.
