El avance, publicado en Science, integra nanoelectrónica flexible a organoides pancreáticos y abre nuevas posibilidades para el tratamiento personalizado de la diabetes.
Un equipo internacional de investigadores, liderado por científicos de la Universidad de Harvard, desarrolló organoides de páncreas “cyborg” que incorporan nanoelectrónica flexible para monitorear y estimular en tiempo real la secreción de insulina y glucagón. El hallazgo, publicado ayer en la revista Science, representa un avance clave para la medicina personalizada y el futuro tratamiento de la diabetes.
La insulina y el glucagón son hormonas esenciales producidas por el páncreas. Mientras la insulina reduce los niveles de glucosa en sangre al facilitar su ingreso a las células, el glucagón cumple la función opuesta, al estimular la liberación de glucosa desde el hígado. El nuevo dispositivo permite observar y modular este delicado equilibrio con una precisión inédita.
Uno de los principales desafíos en el estudio de la diabetes radica en la dificultad para analizar las células endocrinas que regulan la glucosa, conocidas como islotes pancreáticos. Su pequeño tamaño y su ubicación profunda en el páncreas dificultan el acceso y el monitoreo directo. En ese contexto, los islotes generados a partir de células madre humanas ofrecen una herramienta clave tanto para la investigación como para posibles trasplantes destinados a restaurar la función pancreática.
Los organoides creados por el equipo están formados por islotes pancreáticos derivados de células madre humanas, a los que se incorporó nanoelectrónica flexible. Por esa integración entre tejido vivo y dispositivos electrónicos se los denomina “cyborg”. La tecnología permite medir y estimular la actividad eléctrica de las células alfa y beta, responsables de la secreción hormonal.
Jia Liu, profesor de Bioingeniería en Harvard, explicó el objetivo del trabajo: “Nuestro objetivo es construir dispositivos electrónicos que se integren al tejido vivo mientras crece”. El sistema posibilita el seguimiento continuo de la maduración celular y del modo en que las células se comunican entre sí frente a variaciones en los niveles de glucosa.
El investigador Qiang Li, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard, señaló: “Implantar y distribuir esta nanoelectrónica en los organoides en desarrollo permite estudiar la dinámica electrofisiológica a escala celular durante la organogénesis”. Hasta ahora, este tipo de análisis se veía limitado por restricciones técnicas.
La investigación, que contó con la colaboración de la Universidad de Pensilvania y otros centros, logró por primera vez registrar de manera simultánea la actividad eléctrica de las células alfa y beta, diferenciando sus respuestas opuestas ante cambios en la glucosa. Para ello, los científicos aplicaron herramientas informáticas inspiradas en la neurociencia, que permiten separar los patrones eléctricos de cada tipo celular.
El monitoreo prolongado mostró que ambos tipos de células presentan estados eléctricos diferenciados según los niveles de glucosa. La maduración funcional se evidenció cuando las células se sincronizaron durante pruebas que simularon ritmos de alimentación. Al reproducir horarios similares a los de las comidas, los organoides mejoraron su respuesta hormonal.
Además, mediante pulsos eléctricos, el sistema logró estimular los islotes para potenciar la secreción hormonal según la demanda de glucosa. El equipo proyecta ahora incorporar inteligencia artificial para desarrollar mecanismos de control automático que adapten la actividad hormonal a las necesidades específicas de cada paciente.
El impacto del avance es considerado significativo por la comunidad científica. La posibilidad de monitorear y modular el comportamiento de los organoides antes de un eventual trasplante abre el camino a una medicina regenerativa más precisa y segura. También permite estudiar la relación entre actividad eléctrica y expresión genética, así como los efectos de compuestos químicos y ritmos circadianos sobre estos tejidos.
En un artículo de perspectiva que acompaña la publicación en Science, Jochen Lang, de la Universidad de Ottawa, y Matthieu Raoux, de la Universidad de Burdeos, destacaron que estos sistemas “cyborg” podrían guiar la creación de organoides humanos plenamente funcionales. Según señalaron, la capacidad de monitoreo asegura que los tejidos alcancen el grado de madurez necesario antes de su aplicación clínica en pacientes con diabetes.
