Emplean un chip que mimetiza el endometrio vacuno para estudiar los factores que comprometen la gestación

Este dispositivo, utilizado por primera vez con este fin, hizo posible el cultivo de dos tipos de células de la membrana uterina materna y reveló los efectos de las alteraciones en las concentraciones de insulina y glucosa en el ambiente interno. El modelo puede también ser empleado para el estudio de la gestación en humanos y de la endometriosis

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Con el objetivo de investigar factores que pueden comprometer el éxito gestacional en animales bovinos, investigadores de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, utilizaron una especie de chip para mimetizar el ambiente del endometrio, el tejido que reviste la parte interna del útero. 

Este trabajo estuvo a cargo del biólogo Tiago Henrique Camara de Bem, posdoctorando en la facultad de Zootecnia e Ingeniería de Alimentos de la Universidad de São Paulo (FZEA-USP), y por otros cuatro científicos de la Universidad de Leeds, en el Reino Unido. Y sus resultados se publicaron en la revista Endocrinology.

El equipo se enfocó en investigar la alteración de las concentraciones de insulina y glucosa en las células maternas (epiteliales y estromales) y las posibles consecuencias para el desarrollo gestacional inicial. Las células epiteliales son las células exteriores del endometrio. Efectúan la interfaz con el lumen y, por ende, están en contacto directo con el embrión. En tanto, las células estromales se encuentran en la parte interna del endometrio: son células de soporte, y entre sus funciones se encuentra la orientar el crecimiento, la diferenciación y el desarrollo de las células epiteliales.

El grupo descubrió que altas concentraciones de glucosa alteraron 21 genes codificadores de proteínas en células epiteliales y 191 en células estromales, con alteraciones cuantitativas también en el secretoma de las proteínas (proteínas secretadas en el medio de cultivo, el cual, en este caso, mimetiza el fluido del endometrio). “En la medida en que alteramos la cantidad de glucosa y de insulina en el medio de cultivo, estresando a las células, podemos activar o desactivar los genes, determinando su expresión o no.” 

En tanto, la alteración de las concentraciones de insulina modificó la secreción cuantitativa de 196 proteínas, aunque redundó en alteraciones limitadas en lo atinente a la transcripción génica. “Se trata de una posible composición proteica del fluido uterino, es decir, de la cantidad de proteínas que esas células estarían secretando hacia el embrión. Vimos que ese conjunto de proteínas está relacionado con vías de señalización bastante importantes para el éxito de la gestación inicial en animales vacunos, relacionadas con el metabolismo, con la matriz celular y con otros determinantes. Todos estos descubrimientos ponen en evidencia un mecanismo a través del cual las alteraciones en la glucosa y en la insulina materna pueden alterar la función uterina.”

Camara de Bem contó con el apoyo de la FAPESP mediante una Beca Posdoctoral, en el marco de un proyecto desarrollado en el Laboratorio de Morfofisiología Molecular y Desarrollo, bajo la supervisión del profesor Flávio Vieira Meirelles. También contó con una Beca de Pasantía de Investigación en el Exterior (BEPE) de la Fundación. 

Estrés

De acuerdo con el biólogo, Brasil es un referente en la producción de embriones bovinos en el mundo, pero las tasas de pérdidas de gestaciones aún son altas. “Aquí gran parte de los embriones se producen vía fecundación in vitro. Los ovocitos se recolectan, se maduran, se fecundan, se cultivan y se los transfiere a receptoras sincronizadas. Empero, en un 40 % de los casos, la gestación se pierde durante la tercera o la cuarta semana”, afirma, recordando que las vacas tienen un período gestacional de aproximadamente nueve meses, como los humanos. 

Camara de Bem explica que el éxito reproductivo está supeditado a diversas condiciones. “La gestación es una relación de interacción entre la madre y el embrión que está desarrollándose en el útero materno. Existe allí un cross-talking entre las células del embrión y las de la madre, una comunicación bajo el influjo de múltiples aspectos. Cuando no hay una comunicación adecuada –o el embrión no logra indicar su presencia, o la madre no reconoce al embrión en desarrollo–, puede ocurrir la pérdida gestacional”.

El estrés provocado por diversos factores (ambientales, nutricionales o de proceso productivo, entre otros) puede generar inestabilidad en la comunicación entre la madre y el embrión, y, por consiguiente, en la gestación. El investigador revela que el problema mayor, en el caso de los animales vacunos, se produce con las vacas lecheras de alta producción. En esta categoría, el período posparto inicial se asocia a menudo al estrés metabólico resultante del balance energético negativo que acomete las hembras durante esta fase.

“La glucosa, por ejemplo, es un sustrato básico para el metabolismo celular, y las células la necesitan para cumplir sus funciones. Las vacas en lactación se encuentran bajo un desafío metabólico al producir leche. Su consumo de energía es grande, pues deben mantener las funciones básicas del organismo, aparte de todas las funciones inherentes a la producción de leche. Y el estatus del metabolismo de la madre interfiere sobremanera en la reproducción. De allí nuestra preocupación por entender estos factores causantes del estrés metabólico en el ambiente que alojará al embrión.” 

El endometrio en el chip

Camara de Bem remarca que esta investigación fue fruto de una colaboración con el equipo de la profesora Niamh Forde, de la facultad de Medicina de la Universidad de Leeds, quien también firma el artículo. “Ella investiga el reconocimiento materno de la gestación en bovinos. Y yo estoy interesado en investigar las señales que le envía el embrión a la madre. Por eso pensamos que sería una buena colaboración, y tuvimos esta idea de desarrollar un “endometrio en el chip” que permitiera un cultivo multicelular, es decir, de más de un tipo de células del endometrio. 

El chip es como si fuese una lámina histológica, pero está dividido en cámaras, que son compartimentos donde los científicos sembraron dos tipos celulares. La división está constituida por una membrana porosa que permite el intercambio de información entre ambos tipos celulares cultivados en las diferentes cámaras, pero no permite que un tipo pase abajo y el otro arriba. Se trata de un chip comercial adaptado para simular un endometrio. 

“En la cámara superior se dispusieron las células epiteliales. Y en la inferior, las células estromales. Son dos tipos de células que se encuentran en abundancia en el endometrio. El medio de la cámara superior quedará enriquecido con factores que las células epiteliales están produciendo y secretando, que representan al secretoma del endometrio.”

Este chip permitió que se concretase una infusión constante del medio de cultivo. “Cultivamos las células durante tres días, inyectando medio de cultivo durante las 72 horas [un microlitro por minuto] con tres concentraciones distintas de glucosa o dos concentraciones distintas de insulina. Es decir, fuimos enviando nutrientes muy despacito, en un flujo que mimetiza la mejor fisiología del medio. Esto nos aseguró que las células estuviesen expuestas a las mismas concentraciones de insulina y de glucosa durante todo el período de tiempo del experimento.”

El futuro

Este método, que nunca se había usado para mimetizar un endometrio vacuno, es innovador si se tiene en cuenta el cultivo celular tradicional, aún muy sencillo, pues no mimetiza todas las condiciones del endometrio y del organismo. “El endometrio es tridimensional, con distintos tipos de células y glándulas que producen factores y nutrientes para suplir esa gestación. Cuando cultivamos un embrión in vitro en el método tradicional, hacemos un cultivo estático, con un solo tipo de células, en un ambiente que no refleja la riqueza del ambiente original. Somos capaces de producir las células, de transferirle los embriones a una receptora, y de generar animales sanos. Pero la intención es hacer que este cultivo se vuelva lo más cercano posible a la realidad en el sentido de la fisiología.” 

Camara de Bem revela que los colaboradores en la Universidad de Leeds están desarrollando otros tipos de chips para intentar insertar el embrión también. “Esta metodología nos abre un abanico de posibilidades y, en el futuro, esperamos tener la posibilidad de efectuar este cultivo junto con los embriones, para saber exactamente qué sucede en casos de alteraciones en el medio y en la comunicación con las células de la madre. Es una posibilidad de investigación más aplicada.”

El trabajo del grupo también aporta un modelo potencial más para el estudio de la gestación en mamíferos, los seres humanos inclusive. “A excepción de los primates no humanos, el ratón es el principal modelo de estudio para humanos. La formación de la placenta en las hembras de esta especie es más parecida a la humana. Por otra parte, su prole es numerosa, a diferencia de la humana. En las especies bovinas, la placentación es muy diferente a la humana, pero el período gestacional es más cercano y las vacas tienen tan solo una cría por gestación. Nunca existirá el modelo ideal, pues existen diferencias entre las especies. Pero este puede ser un modelo más.”

Puede leerse el artículo intitulado Endometrium On-a-Chip Reveals Insulin- and Glucose-induced Alterations in the Transcriptome and Proteomic Secretome en el siguiente enlace: academic.oup.com/endo/article/162/6/bqab054/6167824.