Los científicos obtienen una nueva visión de la digestión

Nuestros microorganismos intestinales, conocidos colectivamente como la microbiota intestinal, afectan mucho más que la digestión. Las bacterias en nuestro tracto intestinal influyen en la actividad cerebral e incluso en la probabilidad de desarrollar trastornos mentales. Décadas de investigación han demostrado que un intestino desequilibrado por bacterias puede alterar muchos sistemas del cuerpo humano, lo que contribuye a la obesidad, la desnutrición e incluso al cáncer. En un estudio publicado el 10 de mayo en Nature, los investigadores y colaboradores de Stanford Medicine utilizaron un dispositivo ingerible para capturar la diversidad de microorganismos, virus, proteínas y bilis en el intestino delgado.

Los resultados de la prueba de concepto proporcionan evidencia preliminar de que existen formas más integrales de medir la microbiota en el sistema digestivo que los métodos de muestreo actuales, que se enfocan principalmente en las heces, y arrojan nueva luz sobre cómo los microbios intestinales residentes podrían contribuir a la fisiología humana. y enfermedad

"Este artículo demuestra un gran avance en la detección microbiana y captura la microbiota intestinal viva en pocas palabras", dijo el coautor principal KC Huang, PhD, profesor de bioingeniería y de microbiología e inmunología, coautor principal con David Relman, MD, profesor de medicina y de microbiología e inmunología. "Las muestras de las herramientas actuales no representan completamente lo que sucede dentro de nosotros. Pero es todo lo que hemos tenido, hasta ahora".

El intestino delgado es a menudo donde se manifiestan muchas enfermedades, pero la microbiota del intestino delgado ha sido difícil de capturar, especialmente en comparación con la facilidad de la recolección de muestras de heces, que es uno de los medios tradicionales por los cuales los investigadores estudian el microbioma intestinal humano. Los médicos también pueden tomar muestras de fluidos en el órgano a través de procedimientos de endoscopia superior, en los que un paciente traga un tubo largo y flexible, o disecciones de cadáveres. Sin embargo, varias advertencias (piense en la contaminación de órganos cercanos como el estómago) pueden hacer que dicha muestra no sea representativa de la microbiota viva en los intestinos.

Con la cápsula, por primera vez, según Huang, los científicos midieron los microambientes del intestino delgado en humanos, capturando una vista más matizada del intestino delgado y mostrando que diferentes regiones del órgano albergan diferentes bacterias.

Se han diseñado otras herramientas ingeribles no invasivas para tomar muestras del tracto intestinal en cerdos y primates, la primera desarrollada en 2019. El dispositivo de Stanford Medicine, que tiene aproximadamente el tamaño de una píldora, se puede usar en humanos y puede tomar muestras de más de cuatro veces el volumen de los dispositivos anteriores, capturando microbiota en diferentes segmentos del intestino delgado. La cápsula es hueca, una vejiga simple que se abre a intervalos, a diferencia de otras cápsulas, que están cargadas con componentes electrónicos, lo que limita su uso generalizado debido a la complejidad y el costo de fabricación.

El dispositivo está diseñado para tomar muestras del intestino delgado a niveles de pH establecidos (diferentes partes del intestino tienen diferentes niveles de pH). Los participantes ingirieron cuatro dispositivos por colección, cada uno de los cuales se abre para recolectar material biológico a un nivel de pH diferente. A medida que la cápsula se abre camino a través del tracto intestinal, el recubrimiento de los recipientes de muestreo se disuelve, abriendo la vejiga de recolección y aspirando líquidos a través de la válvula.

Durante el estudio, los científicos recolectaron un total de 240 muestras de microbioma de 15 personas dos veces al día durante dos días. Los dispositivos de recolección analizaron la mayor parte de los 30 pies de longitud del intestino delgado, aunque algunas muestras no se analizaron porque la cápsula no recolectó suficiente líquido. El equipo finalmente analizó 210 muestras de dispositivos, junto con 29 muestras de saliva y 58 de heces, tomadas los mismos días que las muestras de dispositivos ingeribles. Los participantes del estudio comieron comidas normales y mantuvieron un registro de alimentos.

Las cápsulas se recolectaron una vez que atravesaron todo el tracto digestivo, y luego los científicos secuenciaron las muestras e identificaron las especies bacterianas residentes y recolectaron cultivos vivos.

Uno de los hallazgos más notables, según Huang, es lo que acechaba en los ácidos biliares, el líquido verde secretado por el hígado para ayudar a la digestión. Los ácidos biliares afectan a casi todos los aspectos de nuestra salud, dijo Huang. Afectan cómo digerimos los alimentos, cómo absorbemos la grasa, cómo señalamos las hormonas; también matan microbios. Los médicos incluso pueden usar ácidos biliares para diagnosticar a pacientes con síndrome del intestino irritable, pero generalmente lo hacen a través de una muestra de heces.

Los investigadores encontraron que, cuando los ácidos biliares se transportan a las heces, tienen una diversidad química diferente a la que se encuentra en el intestino delgado. Esta marcada diferencia demuestra que las muestras de heces no ofrecen una visión completa de la digestión en vivo. "Lo que sale en el inodoro no es representativo de lo que sucede río arriba", dijo. "El lugar que realmente nos importa es donde interactúan los microbios, y ha sido fascinante que se corriera el telón".

Los investigadores compilaron una biblioteca de 461 cepas, compuesta por al menos 51 especies, que esperan usar para aprender más sobre la biología del intestino delgado. En general, la diversidad de especies microbianas fue mucho más variable entre las muestras intestinales que entre las muestras de heces o saliva.

Huang espera descubrir que todo el mundo tiene una huella digital personalizada en su microbiota del intestino delgado, y que la microbiota varía según la parte del intestino que se examina.

Con cultivos vivos muestreados usando la cápsula, Huang espera ayudar a los ecosistemas intestinales enfermos. Él espera traducir la encuesta de especies de microbiota de este estudio para crear trasplantes fecales más beneficiosos: heces recolectadas de una persona sana transferidas al colon de alguien que está enfermo. El objetivo es reconstituir microambientes que, por primera vez, se miden dentro de un ser humano usando la cápsula.

Antes de que la cápsula pueda avanzar en nuestra comprensión de la enfermedad, los investigadores deben usarla más ampliamente para capturar la variación bacteriana que se encuentra en las personas sanas. Huang está interesado en estudiar cómo la dieta, las drogas y las enfermedades cambian lo que se encuentra en el intestino delgado.

"Creo que la magia de nuestra cápsula es que va a transformar la forma en que la gente piensa sobre la relación de la microbiota intestinal con las enfermedades", dijo, "porque tienes esta ventana al ecosistema que no teníamos antes".

Investigadores de Envivo Bio Inc., West Coast Metabolomics Center, Max-Planck Institute of Biochemistry, Chan Zuckerberg Biohub, Pennsylvania State University, Silicon Valley Neurogastroenterology and Motility Center, University of California, Davis y Veterans Affairs Palo Alto Health Care System también contribuyeron a este estudio.

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