Según un nuevo estudio dirigido por científicos de la Universidad de California en San Francisco, las células especializadas en el intestino detectan sustancias químicas potencialmente nocivas y activan impulsos eléctricos en las fibras nerviosas cercanas. "Estas células son sensores, como una ventana que mira el contenido del intestino".dijo James Bayrer, MD, PhD, profesor asistente de pediatría en la UCSF y uno de los autores principales del artículo.
Utilizando "organoides" que imitan el intestino y crecen a partir de células madre de ratones, los investigadores mostraron cómo las células en el revestimiento intestinal llamadas células enterocromafinesas CE alertan al sistema nervioso de signos de problemas en el intestino, desde productos bacterianos hasta moléculas inflamatorias de alimentos.
Los autores del nuevo estudio, publicado en línea en Celda el 22 de junio de 2017, dijo que comprender el papel de las células de la CE en la forma en que el intestino reacciona y reacciona de forma exagerada a los irritantes químicos podría proporcionar nuevos enfoques para el tratamiento de trastornos gastrointestinales como el síndrome del intestino irritable SII.
Con más de 100 veces el área de la superficie de nuestra piel, el intestino es la superficie más grande del cuerpo expuesta a sustancias externas. Aunque las células EC representan solo el uno por ciento del revestimiento del intestino, producen el 90 por ciento de la serotonina del cuerpo, una señal clavemolécula, por lo que los científicos han sentido curiosidad por sus funciones. La serotonina es mejor conocida por mediar el estado de ánimo a través de sus acciones en el cerebro, pero tiene un papel muy diferente en el intestino, donde participa en las contracciones intestinales y el malestar gástrico.
"Hay muy pocas de estas células, pero parecen tan poderosas", dijo Holly Ingraham, PhD, profesora de farmacología celular y molecular de la UCSF y coautora principal del nuevo artículo. "La gente está muy interesada en comprender quéestas células hacen con toda esa serotonina "
Las células de la CE se intercalan entre otras células que forman el revestimiento del tracto intestinal, en la superficie de pequeñas estructuras en forma de dedo llamadas vellosidades que se proyectan en el espacio interior del intestino. Dentro de las vellosidades, debajo de las células de la CE y otras células, se encuentranfibras nerviosas que perciben el movimiento y el contenido del intestino y contribuyen al dolor y la incomodidad intestinal. Pero no ha quedado claro cómo se comunican estas fibras nerviosas con las células EC.
En su nuevo estudio, los investigadores mostraron que las células de la CE integran información sobre irritantes químicos, compuestos bacterianos y hormonas del estrés en el intestino, luego usan la serotonina para transmitir esa información a las células nerviosas vecinas, desde donde los impulsos eléctricos pueden viajarel sistema nervioso del intestino y finalmente el cerebro.
"La gente sospechaba de ese papel para las células EC antes, pero este estudio es emocionante porque, por primera vez, nos da una idea rigurosa de cómo el intestino habla exactamente con el sistema nervioso", dijo David Julius, PhD, profesory presidente del Departamento de Fisiología de la UCSF y el otro autor principal del estudio.
Las células están excitadas eléctricamente por los irritantes
La colaboración en el corazón del nuevo estudio fue inusual para Ingraham y Julius, quienes están casados pero generalmente toman diferentes caminos en su investigación.
El laboratorio de Julius, que se centra en aprender cómo funcionan los sensores de dolor del cuerpo utilizando productos naturales como los chiles, el rábano picante y el veneno de serpiente, se interesó en esta nueva dirección de investigación después de descubrir que las células sensibles a una toxina araña dolorosa eran altamente prevalentes en elEl Dr. Nicholas Bellono, investigador postdoctoral en el laboratorio y el otro autor principal del artículo, quedó fascinado por la forma en que el revestimiento del intestino, llamado epitelio, parece sentir y reaccionar a lo que hay dentro.
"El sistema nervioso, el sistema inmune, la vasculatura, todo converge en el epitelio", dijo Bellono. Se interesó especialmente en las células de la CE, preguntándose si la serotonina que liberan activa las fibras nerviosas adyacentes.
Cuando Julius mencionó el nuevo interés de Bellono por Ingraham, sugirió que Bellono trabajara con Bayrer, una gastroenteróloga que lideraba los esfuerzos en su laboratorio para estudiar los trastornos intestinales utilizando organoides intestinales, pequeños grupos de células cultivadas a partir de células madre que pueden servir como modelos deel intestino. Para Bellono y Bayrer, los organoides hicieron que las células de la CE fueran mucho más fáciles de trabajar. "Se puede mirar en el plato y hay un intestino delgado allí, es totalmente salvaje", dijo Bellono.
El equipo probó las reacciones de las células a docenas de moléculas diferentes y descubrió que tres clases de moléculas causaron un cambio en el voltaje a través de las membranas de la célula. Curiosamente, los tres tipos de moléculas que activaron las células EC - subproductos bacterianos llamados ácidos grasos volátiles; una clase de hormonas llamadas catecolaminas incluyendo dopamina, epinefrina y norepinefrina que pueden indicar estrés en el intestino; y un irritante dietético llamado AITC, que es responsable del sabor picante del ajo, todos se han relacionado previamente con el SII.
Cuando las células EC están excitadas por cualquiera de estas moléculas, liberan serotonina en sinapsis con las fibras nerviosas cercanas, actuando de manera muy similar a otros órganos sensoriales, desde papilas gustativas hasta receptores de olores. En muestras de tejido tomadas de ratones, el equipo demostró queEsta liberación de serotonina desencadenó impulsos eléctricos en las fibras nerviosas, lo que indica que la señal podría moverse rápidamente por todo el intestino.
"En realidad son excitables eléctricamente", dijo Julius, quien también ocupa la Cátedra Morris Herzstein en Biología Molecular y Medicina en la UCSF. "Se comportan como neuronas".
Las señales pueden causar dolor y caca
Los intestinos son únicos entre nuestros órganos en que muchas de las señales nerviosas que los controlan no provienen del cerebro sino de una red de nervios dentro del intestino a veces llamado "el segundo cerebro", que ayuda a llevar a cabo gran parte de la rutina del órganocontracciones y actividades digestivas sin la intervención del cerebro mismo.
El equipo cree que las señales nerviosas que se originan con las células EC pueden afectar ambas redes, causando contracciones intestinales involuntarias o, si las señales llegan al cerebro, lo que Ingraham describió como un "dolor intestinal"
"Al igual que cuando probamos algo asqueroso y tratamos de deshacernos de él" a través de náuseas, el intestino puede reaccionar al "mal sabor" de moléculas bacterianas o irritantes al tratar de expulsarlas al otro extremo, dijo Bayrer."Esta podría ser una forma de que el intestino detecte qué poblaciones de bacterias hay".
El siguiente paso, dijeron los investigadores, es estudiar las células EC en organoides cultivados a partir de células humanas. Debido a que los ratones y los humanos tienen dietas diferentes, nuestras células EC podrían ser sensibles a moléculas completamente diferentes.
Apuntar a las células podría ayudar a tratar el síndrome del intestino irritable
Aunque activar el intestino para expulsar químicos y microbios no deseados es normalmente saludable, las reacciones exageradas por parte de las células EC y las redes nerviosas que desencadenan pueden causar problemas como el SII. El equipo espera que comprender qué hace que estas células reaccionen a los alimentos y las bacterias ayudarála búsqueda de medicamentos que eviten que reaccionen de forma exagerada, tal vez bloqueando las proteínas que detectan estas moléculas en primer lugar.
Curiosamente, los médicos ya usan SSRI inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina, que afectan los niveles de serotonina, para tratar el SII, lo que sugiere que puede haber un vínculo entre la enfermedad y el sistema de serotonina. Bayrer, un gastroenterólogo pediátrico que trabaja con niños con SII,espera que la comprensión de las células EC y otros sensores intestinales ayude a los investigadores a comprender y mejorar tales tratamientos.
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Materiales proporcionados por Universidad de California - San Francisco . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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