Un modelo 3D para estudiar las enfermedades de la superficie ocular

Las estructuras de la parte anterior del ojo, como la córnea, la lágrima y la conjuntiva, se denominan en conjunto superficie ocular. Esta última estructura, la conjuntiva, tiene una misión muy importante como protectora de la córnea para que esta mantenga la transparencia necesaria para permitir la visión.

La conjuntiva desempeña, por ello, un papel muy activo en la fisiopatología de conocidas enfermedades de tipo inflamatorio que afectan a la superficie ocular como el síndrome de ojo seco, el síndrome de Sjögren o la conjuntivitis alérgica, entre otras. Asimismo, las enfermedades inflamatorias de la superficie ocular son muy prevalentes entre la población mundial y los pacientes necesitan tratamientos más eficaces.  

Investigadores del Grupo de Superficie Ocular del Instituto de Oftalmobiología Aplicada (IOBA) de la Universidad de Valladolid y del Centro de Investigación Biomédica en Red en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) han desarrollado un modelo 3D de la conjuntiva  para estudiar las enfermedades de la superficie ocular.

“Los gobiernos y las compañías farmacéuticas están preocupados por el elevado coste de la investigación necesaria para desarrollar nuevos medicamentos que finalmente los encarece”, explica a DiCYT Yolanda Diebold Luque, la investigadora del IOBA responsable del proyecto, quien apunta que en otros ámbitos distintos del ocular “los modelos tridimensionales (3D) de estudio en el laboratorio han demostrado su utilidad para investigar sobre el desarrollo de enfermedades y de nuevos medicamentos para ellas”. En este sentido, añade, “se ha comprobado que los modelos 3D proporcionan datos fiables y a la vez reducen los costes asociados a la investigación y también el número de animales empleados en los experimentos, un aspecto muy importante que demanda la sociedad y que está muy bien regulado en España y en Europa”.

En el ámbito ocular, normalmente no se pueden obtener grandes muestras de tejido de conjuntiva de los pacientes y la mayor parte de las investigaciones se realizan in vitro -en el laboratorio- utilizando líneas celulares, que crecen y se mantienen en el laboratorio como una única capa de células.

Sin embargo, “estas capas de células no reproducen la complejidad de un tejido en vivo que, entre otras cosas, no es plano y tiene una estructura 3D muy bien definida gracias a la cual funciona adecuadamente”, motivo por el cual, asegura, se plantearon desarrollar una construcción 3D de tejido de conjuntiva humana, “con el fin de disponer de un modelo más barato, fiable y reproducible, que sirva para estudiar mejor los mecanismos por los cuales se desencadenan las enfermedades inflamatorias en las que participa la conjuntiva y probar en ellos nuevos medicamentos”, precisa.

Un modelo basado en células y biomateriales de origen humano

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El modelo 3D diseñado por el equipo científico vallisoletano se fundamenta en células y biomateriales de origen humano. Como ilustra Diebold Luque, “a modo de andamio donde sembrar las células se usó fibrina derivada de sangre humana, material que nos proporcionó el Centro de Hemoterapia y Hemodonación de Castilla y León, gracias a un acuerdo de investigación. Con la fibrina se construyó una matriz a la que se incorporaron fibroblastos de conjuntiva en su interior y células epiteliales en la superficie, para simular el estroma y el epitelio de una conjuntiva en vivo, respectivamente”. Ambos tipos celulares se obtuvieron de donaciones de tejido de conjuntiva de ojos humanos de cadáver.

Con todo ello, y mediante técnicas que se emplean en el campo de la Ingeniería de Tejidos, se consiguió una construcción en la que las células funcionaban normalmente y se mantenían en condiciones adecuadas para los estudios de laboratorio dos semanas.

Capaces de funcionar como en vivo

Los investigadores comprobaron que las células epiteliales de las construcciones estratificaban, es decir, eran capaces de crecer en varias capas, como lo hacen en vivo. Además, crecía un tipo particular de célula epitelial, que se llama célula caliciforme, que está especializado en producir unas proteínas denominadas mucinas, en particular la mucina MUC5AC.

Por otra parte, señala la investigadora del IOBA, se sabe que la cantidad de MUC5AC está disminuida en algunas enfermedades inflamatorias de las mencionadas más arriba, como en el síndrome de ojo seco, y aumentada en otras, como en la alergia, al igual que se conocen los estímulos desencadenantes.

“Con los estímulos adecuados recreamos en el laboratorio las situaciones que hacen que esto suceda y comprobamos que las células de la construcción respondían disminuyendo o aumentando la producción de MUC5AC. También estudiamos cómo producían otras moléculas, por ejemplo la interleucina-6, como consecuencia de esos estímulos y comprobamos que lo hacían como se sabe que ocurre en las enfermedades estudiadas”, subraya.

Por ello, el equipo concluye que la construcción 3D de conjuntiva diseñada “es funcional y capaz de responder a estímulos que simulan en el laboratorio una situación de enfermedad inflamatoria”. Esto constituye una importante novedad en el ámbito de la investigación en conjuntiva, donde creen que el modelo 3D que han presentado puede tener “una muy buena acogida”.