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investigación
Importancia
de las células
intestinales
estudios de IPEC
R. Davin
Grup de Recerca en Nutrició, Universitat Autònoma de Barcelona
B
ásicamente existen dos tipos de cultivos
celulares: (a) de células primarias y (b) de líneas
celulares continuas.
Las células primarias se aíslan directamente de
un sujeto con una vida limitada
Las líneas celulares continuas, también referidas
como establecidas o inmortales, tienen la habilidad
adquirida de proliferar infinitamente.
Las líneas celulares continuas
son uno de los modelos más
usados y útiles para estudiar el
efecto de factores específicos
Hay varios medios para conseguir la
inmortalidad de una línea celular: las
células tumorales y las indiferenciadas son
inherentemente inmortales, pero las células
normales también pueden ser inmortalizadas
(ser dotadas de habilidad tumoral) mediante
la introducción de genes externos con un
virus.
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nutriNews Noviembre 2014 | Importancia de las células intestinales- Estudio de IPEC
Líneas de células intestinales
A día de hoy disponemos de tres líneas celulares epiteliales
intestinales porcinas distintas:
La línea celular IPI-2I fue aislada de tejido ileal de un
verraco adulto y fue transformada con un plásmido
que inmortaliza las células.
La línea celular IPEC-1 fue aislada de una mezcla de
tejidos de íleon y yeyuno de lechón de un día. Son una
línea celular no transformada.
Sin embargo, la estructura y la función del tracto
gastrointestinal de los roedores parece diferir del de
otros mamíferos domésticos como el cerdo.
La línea celular IPEC-J2 fue aislada de tejido yeyunal
de lechón de un día y también es una línea celular no
transformada.
Productos bacterianos y
antígenos de la dieta
Na+
Solutos pequeños
Célula epitelial
Claudina
Actimiosina /Anillo
Claudina-2
MLCK
Ocludina
Lamina
propia
Na+
Solutos pequeños
TGFβ
Ácido retinoico
Endosoma
TLR
IFNγ
TNF
IL-13
MHC
Antígeno
TCR
Célula TH2
Célula T
Célula TH1
LAP
Célula TReg
IL10 y TGFβ
Figura 2. Función barrera de las IECs (J. R. Turner, 2008)
La falta de líneas celulares epiteliales intestinales
no derivadas de tumores y la especificidad para
porcino establece la importancia de la línea celular
IPEC-J2, además de considerar que puede soportar
adecuadamente infecciones de una gran variedad
de microorganismos.
Se ha demostrado que los resultados obtenidos
en estudios realizados con la línea celular IPEC-J2
pueden ser trasladados a estudios con el animal
(cerdo) entero.
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nutriNews Noviembre 2014 | Importancia de las células intestinales- Estudio de IPEC
investigación
La mayoría de investigaciones han sido realizadas
en líneas celulares intestinales humanas derivadas
de un cáncer de colon (por ejemploHT-29, T84, Caco-2)
o de duodeno (HUTU-80). Pero también en líneas
células intestinales pequeñas de rata (por ejemplo
IEC-6 y IEC-18), las cuales no son cancerosas.
Cómo se ven afectadas las IPEC
La línea celular IPEC-J2 constituye un excelente
modelo para las interacciones de estos
patógenos con el epitelio intestinal porcino y
es usada frecuentemente desde su caracterización
realizada por Shierack et al., 2006.
Antes de su caracterización, las células IPEC-J2 se
usaban como modelo de la enteropatía proliferativa
porcina (Lawsonia intracellularis), pues la bacteria
penetra y prolifera en ellas, como también se ha
observado en desafíos con Chlamydia.
Cuando Shierack et al., 2006, caracterizaron las células
IPEC-J2, demostraron que las IPEC también soportan
la invasión con diferentes especies de Salmonella y
la adhesión de E. coli.
La habilidad de estas bacterias para inducir una
respuesta inflamatoria e inmune (por ejemplo
mediante la expresión de citoquinas y TLRs) ha
sido repetidamente demostrada en subsiguientes
estudios con las IPEC-J2.
También se ha mostrado que la permeabilidad de
la monocapa de IPEC-J2 (medida con resistencia eléctrica
transepitelial; TEER) se ve reducida por Escherichia coli
enterotoxigénica (ETEC).
Escherichia coli, Salmonella y Chlamydia son
patógenos mayores en la industria porcina, además
de ser representativos con estrategias de infección
muy diferenciadas. Ésta es una de las principales
razones por las que la línea celular IPEC-J2 constituye
un excelente modelo para las interacciones de estos
patógenos con el epitelio intestinal porcino.
Las toxinas ETEC han sido completamente
estudias en las IPEC-J2, su rol en la adherencia
bacteriana ha sido presentado por Johnson et al., 2009.
La adherencia es un punto clave, pues para las ETEC
es un prerrequisito previo a la colonización.
3
Influjo de neutrófilos
1
Invasión mediada
por sp1
4
Desprendimiento
epitelial y lesión
Bacterias
Célula epitelial de la
vesícula biliar
2
Respuesta
preinflamatoria local
Figura 3. Salmonella puede invadir las células epiteliales (paso 1). Esta infección intracelular lleva a una respuesta inflamatoria local (paso 2) mediada por
neutrófilos (paso 3), con la consecuente lesión tisular y desprendimiento epitelial (paso 4). (González-Escobedo et al., 2011)
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Más recientemente, las células IPEC-J2 se usaron
para demostrar como altas concentraciones de
desoxinivalenol, una toxina producida por hongos
del género Fusarium, reducía la viabilidad de las
células epiteliales intestinales porcinas.
investigación
Esto es interesante en nutrición porcina
puesto que el desoxinivalenol a menudo
contamina el grano de cereales, causando
diarrea y pérdida de peso en cerdos.
Las células IPEC-J2 han visto aumentado su uso en
el estudio de potencial probiótico de microorganismos, focalizándose o bien en su potencial adherente
a la línea celular IPEC-J2 o en la habilidad del
probiótico para inhibir la respuesta inflamatoria
inducida por un patógeno específico.
Algunos ejemplos de estos probióticos son cepas de
Enterococcus, Saccharomyces o múltiples especies
de Lactobacillus. La validez de estos estudios aún
está por confirmar, puesto que los artículos de las
pruebas in vivo aún no se han publicado.
En una publicación reciente, algunos ingredientes
(salvado de trigo, glicomacropéptido de caseína,
oligosacáridos manano, extracto de garrofín, y
extracto de la fermentación de Aspergillus oryzae)
fueron capaces de reducir la adhesión de ETEC a
las IPEC-J2, e interferir en la respuesta inflamatoria
innata.
Otro estudio demuestra como el ácido fítico
redujo los efectos negativos del desoxinivalenol
en la integridad de la membrana de la línea celular
epitelial intestinal.
Entre los distintos ingredientes de la dieta y aditivos
usados en los estudios con IPEC, debemos prestar
especial atención a aquellos relacionados con el uso
y la influencia del zinc en el epitelio intestinal.
Células intestinales
epiteliales
Células
dendríticas
Neutrófilos
Eosinófilos
Monocitos
Linfocitos
Figura 4. Resumen de las citoquinas y quimioquinas producidas por las IECs
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Dosis y fuente de zinc
El uso de óxido de zinc en el alimento a dosis
farmacológicas (ZnO, 2500-3000ppm) está
ampliamente aceptado en la industria porcina para
reducir la incidencia y la severidad de la diarrea
post-destete de los lechones, en particular la
causada por ETEC K88. Sin embargo, el mecanismo
terapéutico no se comprende del todo.
Las células IPEC-J2 se usaron en un modelo in vitro de infección
intestinal con ETEC, con y sin suplementación con ZnO.
El análisis genómico identificó incrementos en la expresión de
distintos genes de respuesta inmune innata (como citoquinas) en
respuesta a la exposición a ETEC, pero se redujo cuando las células
fueron simultáneamente expuestas al ZnO.
Los efectos metabólicos mostraron que el ZnO puede modificar la
morfología celular IPEC-J2 a bajas concentraciones, y que reduce la
viabilidad celular a mayores valores.
En un primer estudio in vitro realizado con la línea
celular intestinal humana Caco-2, se demostró que
incrementar las concentraciones de ZnO reducía la
adhesión de ETEC K88 y su internalización en la línea
celular.
Cuando la adhesión de las ETEC a la célula del huésped se midió tan
solo 2 horas después, la suplementación con ZnO no mostró ningún
efecto.Sin embargo, cuando se midió en un periodo más largo,
el ZnO a concentraciones que no afectaban la morfología de las
IPEC-J2 redujeron la adhesión de ETEC.
También se observó que el ZnO previene el
incremento de permeabilidad de las tight junction
inducida por ETEC y la expresión de distintos genes
de respuesta inflamatoria, también inducida por
ETEC.
100
ZnO potenciado HiZox Animine
ZnO común
Este estudio no mostró ningún efecto
antimicrobiano del ZnO, proveyendo mecanismos
alternativos para la reducción de la incidencia de
diarrea post-destete en cerdos suplementados con
ZnO.
98
96
%
94
Sin embargo, como ya se ha señalado, la Caco-2 es
una línea celular intestinal humana, mientras que
ETEC K88 es un patógeno específico porcino.
Algunos estudios recientes investigaron el efecto
de la dosis y la fuente de ZnO en células IPEC -J2
desafiadas con ETEC con el fin de acercarse al un
mejor modelo de investigación porcino.
92
90
0,75
1,5
mg/l ZnO
Figura 5. Reducción de la adhesión de ETEC a las células IPEC-J2
Estos hallazgos sugieren que la dosis y la fuente de ZnO tienen un impacto
significativo tanto en las IPEC-J2 como en el metabolismo del patógeno,
reduciendo también la expresión de genes inflamatorios cuando se desafía
IPEC-2.
90
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Conclusiones
Las células epiteliales intestinales son la primera
línea de defensa frente al ambiente externo
y tienen un rol importante en la respuesta
inflamatoria.
investigación
El uso de líneas celulares epiteliales como modelo
in vitro ha ido ganando popularidad los últimos
años.
La línea celular IPEC-J2 representa un buen
modelo específico porcino para el estudio del
efecto de ingredientes de la dieta en la respuesta
inflamatoria causada por patógenos porcinos
específicos.
El uso de IPEC-J2 y de otras líneas celulares
crecerán en el futuro, ofreciendo un modelo
excelente para investigar el mecanismo
terapéutico del ZnO.
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Nueva fuente de Zinc
para lechones
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