Nueva plataforma in vitro para evaluar dietas en trucha arcoíris

La industria acuícola busca constantemente nuevas materias primas para mejorar la flexibilidad y sostenibilidad, explorando alternativas como la harina de soja, harina de plumas, algas, levaduras o subproductos avícolas. No obstante, estas alternativas a menudo contienen factores anti-nutricionales que pueden impactar negativamente la salud y el crecimiento de los peces. Evaluar la idoneidad de estos nuevos ingredientes generalmente requiere ensayos de alimentación in vivo (con animales vivos), los cuales son costosos, consumen mucho tiempo e implican el uso de un gran número de animales.

Ante esta problemática, un reciente estudio publicado en Frontiers in Marine Science por científicos de la University of Milan, del The National Centre for Mariculture, de la Norwegian University of Life Sciences (NMBU) y de Skretting Aquaculture Innovation presenta el desarrollo y la aplicación de una plataforma in vitro utilizando líneas celulares intestinales de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss). El objetivo es determinar si este sistema puede discriminar las diferencias funcionales de formulaciones de piensos con propiedades contrastantes, ofreciendo una vía más rápida, económica y ética para la selección de ingredientes prometedores. Este artículo profundiza en los hallazgos de esta investigación y sus potenciales implicaciones para la acuicultura.

¿Qué es una plataforma intestinal in vitro y por qué es necesaria en acuicultura?

Los modelos intestinales in vitro no son una novedad en la ciencia. En mamíferos, se han utilizado durante años líneas celulares inmortalizadas, como las Caco-2 (derivadas del colon humano) o las IPEC-J2 (del intestino porcino), para estudios de toxicología y absorción de fármacos, reduciendo la necesidad de pruebas en animales. Estas células pueden proliferar indefinidamente, permitiendo experimentos repetibles y estudios a largo plazo. 

En peces, el desarrollo de líneas celulares intestinales estables es más reciente. La primera se derivó del intestino distal de la trucha arcoíris hace algunos años, y más recientemente, el mismo laboratorio que condujo este estudio desarrolló dos líneas celulares del intestino proximal (RTpiMI) y distal (RTdiMI) de la misma especie, que son las utilizadas en esta investigación. Estas líneas celulares de trucha arcoíris conservan características importantes del órgano de origen, como una notable heterogeneidad celular (incluyendo células madre y células en diferentes estados de diferenciación) y una «memoria» de su región intestinal, respondiendo de manera diferente a los mismos estímulos.

El propósito fundamental del estudio fue validar si esta plataforma in vitro, compuesta por las líneas celulares RTpiMI y RTdiMI, podía distinguir los efectos de diferentes dietas sobre la función intestinal, proporcionando una herramienta valiosa para la selección preliminar de ingredientes para piensos.

Poniendo a prueba las dietas en el laboratorio

Para evaluar la capacidad discriminatoria de la plataforma in vitro, los investigadores seleccionaron tres dietas con propiedades contrastantes:

• Dieta de referencia (FM): Rica en harina de pescado, conocida por su alta digestibilidad y amplio uso.
• Dieta con alta inclusión de harina de soja (SBM): La harina de soja es una alternativa proteica común, pero conocida por sus efectos inductores de enteritis (inflamación intestinal) en salmónidos en altas concentraciones.
• Dieta con alta inclusión de harina de plumas (FTHM): Un subproducto del procesamiento avícola, caracterizado por su baja digestibilidad si no se procesa adecuadamente.

¿Cómo respondieron las células intestinales a las diferentes dietas?

La plataforma in vitro reveló respuestas distintas dependiendo de la dieta y la región intestinal de origen de las células.

• Integridad de la barrera intestinal (teer):
  
  • La dieta de referencia (FM) y la dieta con harina de plumas (FTHM) causaron un aumento en los valores de TEER en ambas líneas celulares (proximal y distal), sugiriendo un fortalecimiento o engrosamiento de la barrera. En las células del intestino proximal (RTpiMI), el aumento con FM fue significativamente mayor que con FTHM.
  • La dieta con harina de soja (SBM) tuvo efectos opuestos: en las células del intestino proximal (RTpiMI), el TEER disminuyó drásticamente después de solo 3 días, indicando un daño a la barrera. Sorprendentemente, en las células del intestino distal (RTdiMI), la SBM indujo un aumento gradual del TEER, similar a FM y FTHM.
  • Un aspecto crucial fue la prueba de recuperación realizada en las células RTpiMI dañadas por SBM. Al retirar la SBM y reemplazarla por medio de cultivo normal, las células lograron restaurar completamente la integridad de la barrera (valores de TEER) en los siguientes 18 días.

• Actividad enzimática (aap) y diferenciación celular:
  
  • En general, todas las dietas testeadas indujeron un aumento significativo de la actividad AAP en comparación con las células control (sin exposición a dietas).
  • En las células del intestino proximal (RTpiMI), la dieta FTHM indujo un mayor aumento de AAP que la FM. Las células expuestas a SBM mostraron una fuerte disminución inicial de la actividad AAP (coincidiendo con el daño en TEER), pero tras el período de recuperación, la actividad AAP alcanzó niveles similares al control.
  • En las células del intestino distal (RTdiMI), todas las dietas (FM, FTHM y SBM) provocaron un aumento similar y significativo en la actividad AAP en comparación con el control.

• Cambios morfológicos y proliferación celular:
  
  • Las células control (sin dieta) formaron una monocapa compacta.
  • Tanto la dieta FM como la FTHM indujeron la proliferación celular, formando un epitelio estratificado (multicapa) en ambas líneas celulares. Hubo diferencias sutiles en la compactación de estas capas entre dietas y líneas celulares, que se correlacionaron con los valores de TEER.
  • La exposición a SBM durante 3 días causó disrupciones claras en la monocapa de células RTpiMI (proximal). Sin embargo, después del período de recuperación, estas células fueron capaces de recrear una monocapa funcional, e incluso algunas áreas mostraron múltiples capas. En contraste, la exposición continua de las células RTdiMI (distal) a SBM durante 21 días resultó en la formación de un epitelio estratificado.

• Aparición de células vacuoladas (posible respuesta de estrés):
  
  • Se observó la presencia de vacuolas (formaciones redondas dentro de las células) especialmente en las células RTpiMI, y su cantidad variaba según la dieta. La dieta SBM indujo la mayor cantidad de vacuolas en solo 3 días. Algunas de estas vacuolas dieron positivo a la tinción PAS, indicando la presencia de mucinas, lo que sugiere una posible diferenciación hacia células secretoras de moco.
  • Los investigadores hipotetizan que, en ausencia de una capa de moco protectora in vitro (presente in vivo), las células podrían estar diferenciándose hacia un linaje secretor como respuesta protectora al estrés inducido por las dietas. Esto fue más evidente en las células proximales, que in vivo tienen mayor número de células caliciformes (productoras de moco).

Implicaciones para la piscicultura de truchas arcoíris

Los resultados de este estudio son prometedores y sugieren que esta plataforma in vitro tiene el potencial de convertirse en una herramienta valiosa para la industria acuícola.

• Sensibilidad diferencial de las regiones intestinales: Las células derivadas del intestino proximal (RTpiMI) demostraron ser más sensibles y capaces de discriminar los efectos de las diferentes dietas. Mientras que las células del intestino distal (RTdiMI) mostraron una respuesta más homogénea y una mayor propensión a la proliferación frente a todas las dietas testeadas. Este hallazgo es interesante, ya que in vivo se suele observar que la harina de soja afecta principalmente al intestino distal en salmónidos. Los autores sugieren que la mayor sensibilidad de las células proximales in vitro podría deberse a su naturaleza más absortiva o a una menor tasa de proliferación intrínseca, lo que las haría más vulnerables al daño antes de poder repararse.
  
• Respuestas celulares como indicadores: La proliferación celular observada con las dietas FM y FTHM, e incluso con SBM en las células distales, podría ser una respuesta adaptativa o de estrés. La ausencia de la capa de moco protectora en el sistema in vitro podría amplificar estas respuestas, ya que las células están directamente expuestas a los componentes de la dieta. Esto subraya la importancia de interpretar los resultados in vitro en el contexto de las limitaciones del modelo.
  
• Clasificación funcional de las dietas: Para las células del intestino proximal (RTpiMI), la plataforma permitió una clasificación funcional: la dieta SBM resultó en los efectos más severos (aunque reversibles), la FTHM indujo respuestas de estrés leves, y la FM fue la menos disruptiva. Aunque es complejo comparar directamente con los resultados in vivo – donde diferentes parámetros pueden arrojar distintas clasificaciones – la reversibilidad del daño por SBM observada in vitro es consistente con estudios in vivo que muestran que la enteritis inducida por SBM es reversible tras la eliminación de la dieta problema.
  
• Potencial de la plataforma: Este sistema in vitro ofrece varias ventajas:
  
  1. Cribado rápido y económico: Permite evaluar un mayor número de ingredientes o aditivos de forma más rápida y barata que los ensayos in vivo.
  2. Reducción del uso de animales: Contribuye a los principios de las 3Rs (Reemplazo, Reducción y Refinamiento) en la experimentación animal.
  3. Estudio de mecanismos: Facilita la investigación de los mecanismos celulares y moleculares de cómo los nutrientes o antinutrientes afectan las células intestinales.
  4. Identificación de soluciones: Podría usarse para identificar moléculas o tratamientos que puedan mitigar los efectos negativos de ciertos ingredientes, como los factores antinutricionales en la SBM.

Conclusión: hacia una evaluación de piensos más precisa y ética

El estudio demuestra que la plataforma intestinal in vitro desarrollada con líneas celulares de trucha arcoíris es capaz de proporcionar información valiosa y funcional sobre los efectos de diferentes dietas. Las células del intestino proximal, en particular, parecen ser un buen modelo para discriminar los efectos de distintas formulaciones.

Si bien ninguna plataforma in vitro puede replicar completamente la complejidad del organismo vivo, este sistema representa un avance significativo. Puede servir como una herramienta de preselección eficiente, ayudando a identificar los ingredientes más prometedores o problemáticos antes de pasar a ensayos in vivo más costosos y complejos. Además, la capacidad de observar la recuperación del daño celular abre puertas para estudiar los procesos de reparación intestinal y desarrollar estrategias para mejorar la salud intestinal de los peces.

Referencia ( abierto)
Camin, F., Verdile, N., Chacon, M. A., Løkka, G., Peggs, D., Tandler, A., Bitan, A., Kortner, T. M., Fontanillas, R., Brevini, T. A., & Gandolfi, F. (2025). Use of a rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) intestinal in vitro platform to evaluate different diets. Frontiers in Marine Science, 12, 1576618. https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1576618