Diabetes: científicos de Harvard crearon un páncreas cyborg que ayuda a estimular la producción de insulina

Un equipo internacional de investigadores, liderado por científicos de la Universidad de Harvard, creó organoides de páncreas “cyborg” que integran nanoelectrónica flexible, para monitorear y estimular en tiempo real la secreción de insulina y glucagón.

La insulina y el glucagón son dos hormonas fundamentales producidas por el páncreas: la insulina reduce los niveles de glucosa en sangre al facilitar su entrada en las células, mientras que el glucagón aumenta la glucosa al estimular su liberación desde el hígado.

El hallazgo, publicado ayer en la revista Science, permite personalizar el tratamiento médico de la diabetes, ya que el dispositivo puede adaptarse a las necesidades de cada paciente y mejorar la función de las células encargadas de controlar la glucosa. Por eso, el “páncreas cyborg” abre posibilidades para la medicina personalizada y el futuro trasplante de tejidos en pacientes con diabetes.

Uno de los mayores desafíos en el estudio de la diabetes y en el desarrollo de tratamientos innovadores radica en la dificultad para monitorear y analizar las células endocrinas encargadas de regular la glucosa —los islotes pancreáticos—, debido a su diminuto tamaño y a que se agrupan densamente en las profundidades del páncreas, lo que dificulta su acceso.

Los islotes generados a partir de células madre humanas no solo ofrecen una vía para investigar este sistema complejo, sino que también representan una opción para trasplantes destinados a restaurar o reemplazar la función pancreática dañada en los pacientes.

Cómo actúa el organoide de páncreas “cyborg”

Los organoides creados por los investigadores están formados por islotes pancreáticos derivados de células madre humanas, a los que se incorporó nanoelectrónica flexible.

Por eso se le dice “cybor”, término utilizado para definir organismos formados por materia viva y dispositivos electrónicos.

La tecnología permite medir y estimular la actividad eléctrica en las células alfa y beta de los islotes pancreáticos. Jia Liu, profesor de Bioingeniería en Harvard, destacó: “Nuestro objetivo es construir dispositivos electrónicos que se integren al tejido vivo mientras crece”.

El sistema permite seguimiento continuo de la maduración celular y su comunicación, procesando la respuesta ante variaciones de glucosa con una precisión inédita.

Según el equipo liderado por el científico Qiang Li, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, “implantar y distribuir esta nanoelectrónica en los organoides en desarrollo permite estudiar la dinámica electrofisiológica a escala celular durante la organogénesis”.

Hasta ahora, el estudio de las células endocrinas enfrentaba limitaciones técnicas debido a su tamaño y a la dificultad para distinguir su actividad eléctrica.

La colaboración entre Harvard, la Universidad de Pensilvania y otros centros permitió, por primera vez, registrar la actividad eléctrica de células alfa y beta simultáneamente y diferenciar sus respuestas opuestas a los cambios de glucosa.

Cómo las células “hablan” eléctricamente

Para ello, los investigadores aplicaron herramientas informáticas inspiradas en la neurociencia que separan los patrones eléctricos de cada célula. El monitoreo prolongado evidenció que ambos tipos celulares presentan dos grandes estados eléctricos asociados a distintos niveles de glucosa.

La maduración funcional se observó cuando las células alfa y beta se sincronizaron durante pruebas que simulaban ritmos de alimentación en laboratorio. Al ajustar los niveles de glucosa en horarios semejantes a los de las comidas reales, los organoides mejoraron su función y la respuesta hormonal, según los resultados del grupo de Harvard.

Mediante pulsos eléctricos, el sistema también estimuló los islotes para potenciar la secreción hormonal bajo demanda de glucosa. El equipo proyecta ahora incorporar inteligencia artificial para desarrollar métodos de control automático que permitan adaptar la actividad hormonal a las necesidades de cada paciente.

El impacto de este avance es considerado transformador por la comunidad científica. La posibilidad de monitorizar y modular el comportamiento de los organoides antes del trasplante abre el camino a una medicina regenerativa más precisa.

El modelo facilita el estudio de la relación entre actividad eléctrica y expresión genética, y permite analizar los efectos de compuestos y ritmos circadianos sobre la maduración de estos tejidos.

En un artículo de perspectiva que acompaña el estudio publicado en Science, Jochen Lang (Universidad de Ottawa, Canadá) y Matthieu Raoux (Universidad de Burdeos, Francia), subrayan que estos sistemas ‘cyborg’ podrían guiar la creación de organoides humanos plenamente funcionales.

Esta capacidad de monitorización asegura que los tejidos creados en laboratorio alcancen el grado de madurez necesario antes de su aplicación clínica en personas con diabetes.