A medida que las personas envejecen, sus células madre intestinales comienzan a perder su capacidad de regenerarse. Estas células madre son la fuente de todas las células intestinales nuevas, por lo que esta disminución puede hacer que sea más difícil recuperarse de infecciones gastrointestinales u otras afecciones que afectan el intestino.
Esta pérdida de función de las células madre relacionada con la edad se puede revertir con un ayuno de 24 horas, según un nuevo estudio de biólogos del MIT. Los investigadores encontraron que el ayuno mejora drásticamente la capacidad de las células madre para regenerarse, tanto en ratones jóvenes como en adultos.
En ratones en ayunas, las células comienzan a descomponer los ácidos grasos en lugar de la glucosa, un cambio que estimula a las células madre para que se vuelvan más regenerativas. Los investigadores encontraron que también podrían impulsar la regeneración con una molécula que activa el mismo cambio metabólico. Tal intervención podría ayudar potencialmente a personas mayores que se recuperan de infecciones GI o pacientes con cáncer que se someten a quimioterapia, dicen los investigadores.
«El ayuno tiene muchos efectos en el intestino, que incluyen aumentar la regeneración y los posibles usos en cualquier tipo de dolencia que afecte al intestino, como infecciones o cánceres», dice Omer Yilmaz, profesor asistente de biología del MIT, miembro de el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer, y uno de los principales autores del estudio. «Entender cómo el ayuno mejora la salud en general, incluido el papel de las células madre adultas en la regeneración intestinal, en la reparación y en el envejecimiento, es un interés fundamental de mi laboratorio».
David Sabatini, profesor de biología del MIT y miembro del Instituto Whitehead de Investigación Biomédica, es también autor principal del artículo, que aparece en la edición del 3 de mayo de Cell Stem Cell.
«Este estudio proporcionó evidencia de que el ayuno induce un cambio metabólico en las células madre intestinales, desde la utilización de carbohidratos hasta la quema de grasa», dice Sabatini. «Curiosamente, el cambio de estas células a la oxidación de ácidos grasos mejoró su función de manera significativa. La orientación farmacológica de esta vía puede proporcionar una oportunidad terapéutica para mejorar la homeostasis tisular en las patologías asociadas a la edad».
Los autores principales del artículo son el postdoc del Instituto Whitehead Maria Mihaylova y el postdoc del Instituto Koch Chia-Wei Cheng.
Impulsar la regeneración
Durante muchas décadas, los científicos han sabido que la ingesta baja en calorías está relacionada con una mayor longevidad en los seres humanos y otros organismos. Yilmaz y sus colegas estaban interesados en explorar cómo el ayuno ejerce sus efectos a nivel molecular, específicamente en el intestino.
Las células madre intestinales son responsables de mantener el revestimiento del intestino, que por lo general se renueva cada cinco días. Cuando ocurre una lesión o infección, las células madre son clave para reparar cualquier daño. A medida que las personas envejecen, las capacidades regenerativas de estas células madre intestinales disminuyen, por lo que el intestino tarda más tiempo en recuperarse.
«Las células madre intestinales son los caballos de batalla del intestino que dan lugar a más células madre y a todos los tipos de células diferenciadas del intestino. Notablemente, durante el envejecimiento, la función del tallo intestinal disminuye, lo que perjudica la capacidad del mismo para repararse después del daño «, dice Yilmaz. «En esta línea de investigación, nos centramos en comprender cómo un ayuno de 24 horas mejora la función de las células madre del intestino joven y viejo».
Después de que los ratones ayunaron durante 24 horas, los investigadores extrajeron las células madre intestinales y las cultivaron en un plato de cultivo, lo que les permitió determinar si las células pueden dar lugar a «mini intestinos» conocidos como organoides.
Los investigadores encontraron que las células madre de los ratones en ayunas duplicaron su capacidad regenerativa.
«Fue muy obvio que el ayuno tuvo un efecto realmente inmenso en la capacidad de las criptas intestinales para formar más organoides, que es impulsado por las células madre», dice Mihaylova. «Esto fue algo que vimos tanto en los ratones jóvenes como en los ratones viejos, y realmente queríamos entender los mecanismos moleculares que lo impulsan».
Interruptor metabólico
Otros estudios, incluida la secuenciación del ARN mensajero de las células madre de los ratones que ayunaron, revelaron que el ayuno induce a las células a cambiar su metabolismo habitual, que quema carbohidratos como los azúcares, para metabolizar los ácidos grasos. Este cambio se produce mediante la activación de factores de transcripción llamados PPAR, que activan muchos genes que intervienen en el metabolismo de los ácidos grasos.
Los investigadores descubrieron que si desactivaban este camino, el ayuno ya no podría impulsar la regeneración. Ahora planean estudiar cómo este cambio metabólico provoca que las células madre mejoren sus capacidades regenerativas.
También descubrieron que podían reproducir los efectos beneficiosos del ayuno al tratar a los ratones con una molécula que imita los efectos de los PPAR. «Eso también fue muy sorprendente», dice Cheng. «Simplemente activar una vía metabólica es suficiente para revertir ciertos fenotipos de la edad».
Los hallazgos sugieren que el tratamiento con medicamentos podría estimular la regeneración sin requerir que los pacientes ayunen, lo cual es difícil para la mayoría de las personas. Un grupo que podría beneficiarse de dicho tratamiento son los pacientes con cáncer que reciben quimioterapia, que a menudo daña las células intestinales. También podría beneficiar a las personas mayores que experimentan infecciones intestinales u otros trastornos gastrointestinales que pueden dañar el revestimiento del intestino.
Los investigadores planean explorar la efectividad potencial de tales tratamientos, y también esperan estudiar si el ayuno afecta las habilidades regenerativas en células madre en otros tipos de tejidos.
