Mejor diagnóstico con el modelo 3D de tejido hepático humano

Modelo geométrico y funcional del hígado para mejorar el diagnóstico de la enfermedad hepática grasa no alcohólica

04.12.2019 - Alemania

La enfermedad del hígado graso no alcohólico (EHGNA) se caracteriza por la acumulación de grasa en el hígado con una resistencia a la insulina debido a causas distintas al consumo de alcohol. La NAFLD incluye un espectro de enfermedades hepáticas que van desde la esteatosis simple ("no progresiva" y reversible) hasta la esteatohepatitis no alcohólica (EHNA), que puede evolucionar hacia la cirrosis, el cáncer de hígado o la insuficiencia hepática, lo que requiere eventualmente un trasplante. En 2017, se estima que el 24% de la población mundial estaba afectada por la NAFLD, lo que la convierte en la principal causa de enfermedad hepática crónica. El análisis histológico convencional del tejido hepático es el estándar de oro para diagnosticar la progresión de la NAFLD, pero tiene varias desventajas: Las imágenes 2D de baja resolución del tejido hepático sólo permiten una evaluación semicuantitativa y puede ser subjetiva, ya que depende de las habilidades del patólogo. Lo más importante es que no proporciona información en 3D sobre la estructura y función de los tejidos.

Para superar estas limitaciones en el diagnóstico, el equipo de investigación del director del MPI-CBG, Marino Zerial, junto con colegas del Departamento de Medicina I, Gastroenterología y Hepatología de la UKD, de los hospitales universitarios de Rostock y Kiel y del Centro de Servicios de Información y Computación de Alto Rendimiento (ZIH) de la TUD, desarrollaron modelos geométricos y funcionales en 3D resueltos espacialmente del tejido hepático humano en diferentes etapas de la NAFLD. El hígado tiene una organización compleja de tejido tridimensional: Consiste en unidades funcionales, los lobulillos del hígado, que contienen dos redes entrelazadas, los sinusoides para el flujo sanguíneo y los canales biliares para la secreción y el flujo biliar. Esta arquitectura dificulta la comprensión de la organización tridimensional y de la estructura general de los tejidos a partir de imágenes histológicas bidimensionales.

En 2017, el grupo de investigación de Marino Zerial desarrolló un modelo de la red de canales biliares y del flujo biliar en el hígado de los ratones utilizando un análisis 3D de multiresolución de su geometría. Ahora, el equipo examinó la organización tridimensional del tejido hepático humano. Aunque ya se pueden ver varios defectos en imágenes 2D, las alteraciones de los canales biliares y de las redes sinusoidales sólo se pueden reconocer en una reconstrucción 3D. Fabián Segovia-Miranda, el primer autor de los informes del estudio: "Los recientes avances en hacer el tejido transparente y la microscopía multifotónica permiten la imagen de secciones de tejido más gruesas, para que la información 3D pueda ser capturada." La reconstrucción digital en 3D de esos tejidos se utilizó para simular computacionalmente la dinámica de los fluidos biliares a través de un modelo creado por el ZIH. Lutz Brusch, del departamento de métodos innovadores de computación del ZIH, explica: "Mientras que la dinámica de fluidos del flujo sanguíneo a través de los capilares comparativamente grandes ha sido abordada mediante simulaciones, esto era hasta ahora imposible para la bilis debido a la falta de datos geométricos precisos del tejido humano a través de todas las escalas relevantes". Con la combinación de microscopía, reconstrucción de imagen digital y modelación computacional, los investigadores identificaron un conjunto de parámetros celulares y tisulares relacionados con la progresión de la NALFD. añade Fabián: "Descubrimos que la estructura de la red de canales biliares 3D es profundamente diferente en el tejido de la NAFLD. Estos cambios estructurales también tienen consecuencias funcionales críticas. Usando simulaciones personalizadas de fluidos biliares dinámicos, aprendimos que el flujo de bilis en algunas áreas pequeñas del tejido está comprometido, lo que se llama microcolestasis".

Marino Zerial, que también está afiliado al Centro de Biología de Sistemas de Dresde (CSBD), ofrece una perspectiva: "La medicina de alta definición allana el camino para diagnosticar enfermedades como la NAFLD en etapas tempranas, mucho antes de que aparezcan los síntomas. También nos ayuda a identificar mecanismos patogenéticos moleculares para diseñar nuevas terapias". Jochen Hampe, profesor de la UKD, añade: "Este análisis tridimensional del tejido hepático nos permite obtener una visión completamente nueva de los mecanismos de la enfermedad. Esto nos permite comprender mejor cómo se relacionan el flujo biliar y la progresión de la enfermedad. También abre nuevos enfoques para las terapias".

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Publicación original

Fabián Segovia-Miranda, Hernán Morales-Navarrete, Michael Kücken, Vincent Moser, Sarah Seifert, Urska Repnik, Fabian Rost, Mario Brosch, Alexander Hendricks, Sebastian Hinz, Christoph Röcken, Dieter Lütjohann, Yannis Kalaidzidis, Clemens Schafmayer, Lutz Brusch, Jochen Hampeand Marino Zerial; "3D spatially-resolved geometrical and functional models of human liver tissue reveal new aspects of NAFLD progression"; Nature Medicine; 02. December 2019.

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