Descubren cómo se pliega y mueve la pared del intestino midiendo sus fuerzas

Un equipo de científicos ha medido, por primera vez, las fuerzas celulares en mini-intestinos de laboratorio, descubriendo cómo se mueven las células y se pliega y se mueve la pared interior de este órgano vital para los humanos.

El estudio, liderado por investigadores del Instituto de Bioingeniería de la región española de Cataluña (IBEC)y que publica la revista Nature Cell Biology, abre la puerta, según sus autores, a entender las bases de enfermedades como la celiaquía o el cáncer y a encontrar soluciones para patologías intestinales a través del desarrollo de nuevas terapias.

El intestino humano está formado por más de 40 metros cuadrados de tejido, con multitud de pliegues en su superficie interna que recuerdan a valles y montañas, para conseguir aumentar la absorción de los nutrientes, y aproximadamente cada cinco días renueva todas las células de su pared interna para garantizar el correcto funcionamiento intestinal.

Hasta ahora se sabía que esta renovación era posible gracias a las células madre que se encuentran protegidas en las llamados criptas o valles intestinales y que dan lugar a nuevas células diferenciadas. Sin embargo, se desconocía el proceso que lleva a la forma cóncava de las criptas y a la migración de las nuevas células hacia las cimas intestinales.

Ahora, un equipo internacional -liderado por Xavier Trepat, biofísico del IBEC, en colaboración con el Instituto de Investigación Biomédica, investigadores de las universidades de Barcelona (UB) y Politécnica de Catalunya (UPC) y del Instituto Curie en París- ha descifrado el mecanismo por el cual las criptas adoptan y mantienen su forma cóncava.

También han visto cómo ocurre el movimiento de migración de las células hacia las cimas, sin que el intestino pierda su característica forma de pliegues.

El trabajo ha combinado modelización por ordenador con experimentos con organoides intestinales de células de ratones y muestra que ese proceso es posible gracias a las fuerzas mecánicas ejercidas por las células.

Utilizando células madre de ratón y técnicas de bioingeniería y mecanobiología, los investigadores han desarrollado mini-intestinos, organoides que reproducen la estructura tridimensional de valles y montañas recreando las funciones del tejido en vivo.

Con tecnologías de microscopia desarrolladas en el mismo grupo han hecho, por primera vez, experimentos en alta resolución que han permitido obtener mapas en 3D mostrando las fuerzas ejercidas por cada célula.

Además, con este modelo in vitro los investigadores han demostrado que el movimiento de las nuevas células hacia la cima de las montañas del intestino 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.

"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 eso ocurre en varias células unas al lado de otras, el resultado es que el tejido se dobla, dando lugar a un relieve de valles y cimas", ha detallado el investigador Carlos Pérez-González.

"Al contrario de lo que se creía hasta ahora, hemos podido determinar que no son las células de la cripta intestinal que empujan las nuevas hacia arriba, sino que son las células de la cima las que tiran de las nuevas para que suban, como un alpinista que ayuda otro a subir tirando de él", ha explicado Gerardo Ceada, coprimer autor del trabajo.

Según los investigadores, el nuevo modelo de mini-intestino permitirá estudiar, en condiciones reproducibles y reales, enfermedades como el cáncer, la celiaquía o la colitis, en las que hay un descontrol en la multiplicación de las células madre o una desestructuración de los pliegues.

Además, los organoides de intestino se pueden fabricar con células humanas y ser utilizados para desarrollar nuevos fármacos o estudiar la microbiota intestinal.