Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Harvard desarrolló organoides pancreáticos “cyborg” que incorporan nanoelectrónica flexible para monitorizar y estimular en tiempo real la liberación de insulina y glucagón.
La insulina y el glucagón son hormonas clave producidas por el páncreas: la insulina reduce la glucosa en sangre facilitando su entrada a las células, mientras que el glucagón la eleva al promover su liberación desde el hígado.
El hallazgo, publicado en la revista Science, abre la posibilidad de personalizar tratamientos para la diabetes, ya que el dispositivo puede ajustarse a las necesidades individuales y mejorar la función de las células que regulan la glucosa. En consecuencia, estos “páncreas cyborg” podrían favorecer enfoques de medicina personalizada y futuros trasplantes de tejido en pacientes con diabetes.
Un problema central en la investigación de la diabetes y en el desarrollo de terapias nuevas es la dificultad para acceder y monitorizar los islotes pancreáticos —las pequeñas agrupaciones de células endocrinas responsables del control de la glucosa— debido a su reducido tamaño y su localización profunda en el órgano.
Los islotes obtenidos a partir de células madre humanas ofrecen una vía para estudiar este sistema complejo y constituyen asimismo una alternativa para trasplantes dirigidos a restaurar o sustituir la función pancreática dañada.
Cómo actúa el organoide de páncreas “cyborg”
Los organoides descritos por el equipo están formados por islotes pancreáticos derivados de células madre humanas en los que se integró nanoelectrónica flexible.
Por ello se los define como “cyborg”, término que describe organismos que combinan tejido vivo y dispositivos electrónicos.
La tecnología permite medir y estimular la actividad eléctrica de las células alfa y beta dentro de los islotes. Como explica Jia Liu, profesor de Bioingeniería en Harvard, el objetivo es desarrollar dispositivos electrónicos que se integren con el tejido viviente durante su crecimiento.
Este enfoque posibilita un seguimiento continuo de la maduración celular y de la comunicación entre células, y ofrece una resolución sin precedentes para evaluar la respuesta a variaciones en los niveles de glucosa.
Según el equipo dirigido por Qiang Li, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard, implantar y distribuir esta nanoelectrónica en organoides en desarrollo permite estudiar la dinámica electrofisiológica a escala celular durante la organogénesis.
Hasta ahora, las limitaciones técnicas dificultaban el estudio de la actividad eléctrica de las células endocrinas debido a su tamaño y a la complejidad para distinguir sus señales.
La colaboración entre Harvard, la Universidad de Pensilvania y otros centros logró, por primera vez, registrar simultáneamente la actividad eléctrica de células alfa y beta y diferenciar sus respuestas opuestas ante cambios en la glucosa.
Cómo las células “hablan” eléctricamente
Para separar los patrones eléctricos de cada célula, los investigadores emplearon herramientas informáticas inspiradas en la neurociencia. El seguimiento prolongado mostró que tanto las células alfa como las beta exhiben dos estados eléctricos principales vinculados a distintos niveles de glucosa.
La maduración funcional se evidenció cuando ambas poblaciones celulares se sincronizaron durante ensayos que simulan ritmos de alimentación. Al ajustar los niveles de glucosa en horarios similares a las comidas, los organoides mejoraron su funcionalidad y la respuesta hormonal, según los autores.
Además, mediante pulsos eléctricos el sistema puede estimular los islotes para aumentar la secreción hormonal de forma controlada. El equipo planea integrar inteligencia artificial para desarrollar métodos automáticos que regulen la actividad hormonal según las necesidades de cada paciente.
La comunidad científica considera este avance transformador. La posibilidad de monitorizar y modular los organoides antes del trasplante facilita una medicina regenerativa más precisa y segura.
El modelo permite estudiar la relación entre la actividad eléctrica y la expresión génica y evaluar cómo compuestos externos y ritmos circadianos influyen en la maduración de estos tejidos.
En un artículo de perspectiva que acompaña el estudio, Jochen Lang (Universidad de Ottawa) y Matthieu Raoux (Universidad de Burdeos) señalan que estos sistemas “cyborg” podrían guiar la creación de organoides humanos plenamente funcionales.
Esta capacidad de monitorización contribuye a asegurar que los tejidos generados en laboratorio alcancen el nivel de madurez necesario antes de su posible aplicación clínica en personas con diabetes.
