Los científicos avanzan en el 'cultivo' de órganos en animales

MADRID.- Los rápidos avances en la capacidad de cultivar células, tejidos y órganos de una especie dentro de un organismo de una especie diferente ofrecen una oportunidad sin precedentes para abordar misterios científicos de larga duración y abordar problemas urgentes de salud humana, como la necesidad de órganos y tejidos para su trasplante.

En un artículo publicado este jueves en la revista Cell, científicos del Instituto Salk informan de avances en múltiples frentes en la carrera por integrar las células madre de una especie en la primera etapa de desarrollo de otra.

Combinando tecnología de vanguardia de edición de genes y células madre, los científicos consiguieron desarrollar un páncreas de rata, el corazón y los ojos en un ratón en desarrollo, lo que proporciona la prueba de concepto de que los órganos funcionales de una especie se pueden cultivar en otra. También lograron generar células y tejidos humanos en embriones de cerdos y ganado en etapas tempranas, marcando el primer paso hacia la generación de órganos humanos trasplantables utilizando animales grandes cuyo tamaño, fisiología y anatomía son similares a los humanos.

"Hemos demostrado que una tecnología dirigida con precisión puede permitir que un organismo de una especie produzca un órgano específico compuesto de células de otra especie"

Sin embargo, los científicos descubrieron que la integración completa de células de especies divergentes podría resultar más difícil que la combinación de células de ratas y ratones, que son parientes más estrechamente vinculados en la evolución. "Nuestros hallazgos pueden ofrecer la esperanza de avanzar en la ciencia y la medicina, proporcionando una capacidad sin precedentes para estudiar el desarrollo embrionario temprano y la formación de órganos, así como una nueva vía potencial para las terapias médicas", subraya el profesor de Salk Juan Carlos Izpisúa Belmonte, principal investigador de este estudio y destacado experto en este campo.

"Hemos demostrado que una tecnología dirigida con precisión puede permitir que un organismo de una especie produzca un órgano específico compuesto de células de otra especie, lo que nos proporciona una herramienta importante para estudiar la evolución de las especies, la biología y la enfermedad y puede ofrecer en última instancia la capacidad para cultivar órganos humanos para el trasplante", añade este bioquímico español.

Una quimera interspecies es un organismo que contiene células de diferentes especies. La palabra "quimera" originalmente describía criaturas mitológicas o deidades en las religiones politeístas, pero en la ciencia, las quimeras interespecies han surgido como valiosas herramientas de investigación básica con potencial para futuras aplicaciones clínicas. En un estudio publicado en 2015 en Nature, el equipo de Izpisúa Belmonte informó del primer intento exitoso de integrar plenamente células madre pluripotentes humanas en embriones de ratón no viables, de modo que las células humanas comenzaron a desarrollarse en tejidos en fase temprana.

Los científicos han esperado durante mucho tiempo usar células madre para cultivar órganos de reemplazo para los pacientes en el laboratorio, pero ha sido una cuestión desafiante debido a la complejidad de recrear la fisiología de un animal desde cero. El anterior estudio de Salk abrió la puerta a una nueva alternativa: el uso de una quimera animal de acogida para el crecimiento de tejidos humanos y órganos.

Ventana a los procesos que dictan la formación de tejidos y órganos

La investigación también abrió una nueva ventana en el desarrollo temprano de seres humanos y animales, ofreciendo una nueva manera de estudiar los complejos programas de desarrollo que orquestan cómo las células forman los muchos tejidos y órganos del cuerpo. Ahora, el nuevo trabajo informa cómo el equipo de Izpisúa Belmonte ha ampliado ese trabajo anterior, detallando la variedad de experimentos que su laboratorio emprendió para realizar avances en esta tecnología.

En un experimento, utilizaron la tecnología de edición de genes conocida como CRISPR-Cas9 en embriones de ratón para desactivar el gen que produce el páncreas y, a continuación, insertaron células madre pluripotentes de rata, que contenían un gen intacto del páncreas, en cada embrión de ratón. Una vez implantados en madres de ratones suplentes, los embriones se desarrollaron de manera normal, excepto por el hecho de que cada ratón estaba desarrollando un páncreas de rata. Este éxito llevó al equipo a tratar de cultivar otros órganos de rata en ratones, incluyendo ojos y corazón.

Sorprendentemente, los investigadores también observaron que las células madre pluripotentes de ratas generaron una vesícula biliar en un ratón, un órgano que no está presente en ratas. "Nuestros experimentos revelan un secreto profundo, que un ratón en desarrollo fue capaz de desbloquear un programa de desarrollo de la vesícula biliar en células de rata que normalmente se suprime durante el desarrollo de la rata -subraya Jun Wu, científico de Salk y autor principal del trabajo anterior y el actual-. Esto destaca la importancia del ambiente de acogida en el control del desarrollo de órganos y la especiación evolutiva".

Wu señala que el experimento con ratones y ratas también mostró que podría ser posible hacer crecer órganos humanos para el trasplante en animales. "Cada ratón estaba sano y tenía una vida normal, lo que indicaba que el desarrollo se produjo correctamente", celebra este investigador. Sin embargo, no es práctico cultivar órganos humanos en ratones o ratas porque los roedores son simplemente demasiado pequeños y diferentes en el desarrollo, por lo que en otros experimentos, el equipo se centró en los cerdos, en los cuales el tamaño de los órganos y los tiempos de desarrollo son más comparables a los nuestros.

Un primer paso en la integración de células humanas en cerdos

Después de generar varios tipos diferentes de células madre pluripotentes inducidas por el hombre (iPS, por sus siglas en inglés), los científicos insertaron los tipos más prometedores en embriones de cerdo e implantaron con éxito esos embriones en cerdas. Los investigadores detuvieron el experimento a las cuatro semanas con el fin de evaluar la seguridad y la eficacia de la tecnología hasta ese punto.

Algunos embriones demostraron que las células humanas dentro comenzaban a especializarse y convertirse en precursoras de tejido, aunque la tasa de éxito y el nivel de las contribuciones de las células iPS humanas en cerdos eran mucho menores que en el caso de los embriones de ratón que contenían células de rata.

Los resultados representan el primer intento exitoso de integrar las células iPS humanas en una especie de animales grandes y pueden dar una idea de cómo las enfermedades humanas comienzan y progresan, así como proporcionar una nueva plataforma para las pruebas de toxicidad de fármacos. Los científicos subrayan que la investigación se encuentra todavía en etapas muy tempranas y aún quedan retos importantes para poder desarrollar terapias médicas basadas en la tecnología.

"Por supuesto, el objetivo último de la investigación quimérica es aprender si podemos usar tecnologías de células madre y de edición de genes para generar tejidos y órganos humanos genéticamente emparejados. Estamos muy optimistas con la posibilidad de que si continuamos este trabajo, al final lo conseguiremos -dice Izpisua Belmonte-. Pero en el proceso estamos entendiendo mejor la evolución de las especies, así como la embriogénesis humana y la enfermedad, lo cual es difícil de obtener de otras maneras".