Investigadores del Instituto de Biomedicina y Salud de Guangzhou, en China, han logrado crear embriones quiméricos que contienen una combinación de células humanas y porcinas. Cuando se transfirieron a madres sustitutas porcinas, los riñones humanizados en desarrollo presentaban una estructura y formación de túbulos normales al cabo de 28 días.
Es la primera vez que los científicos logran cultivar un órgano sólido humanizado dentro de otra especie, aunque estudios anteriores habían utilizado métodos similares para generar tejidos humanos como sangre o músculo esquelético en cerdos, según publican en la revista 'Cell Stem Cell'.
Los investigadores se centraron en los riñones porque son uno de los primeros órganos en desarrollarse y también son el órgano más trasplantado en medicina humana.
Imagen compartida por la revista académica 'Cell Stem Cell'
"Los órganos de rata se han producido en ratones, y los de ratón en ratas, pero los intentos anteriores de cultivar órganos humanos en cerdos no han tenido éxito -recuerda Liangxue, autor principal, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou, Academia China de Ciencias y la Universidad de Wuyi-. Nuestro método mejora la integración de células humanas en tejidos receptores y nos permite cultivar órganos humanos en cerdos".
UN RETO: NECESIDADES FISIOLÓGICAS DIFERENTES Y UN MAYOR NÚMERO DE CÉLULAS PORCINAS
Integrar células madre humanas en embriones porcinos ha sido un reto porque las células porcinas superan a las humanas y las células porcinas y humanas tienen necesidades fisiológicas diferentes.
"Hemos estado trabajando en mecanismos para superar la eficiencia extremadamente baja en la quimera interespecies -explica el autor principal Guangjin Pan, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou-. Identificamos un par de factores críticos que potencian la formación de quimeras interespecíficas al facilitar la competencia celular".
La técnica del equipo depende de tres componentes clave. En primer lugar, crearon un nicho dentro del embrión porcino para que las células humanas no tuvieran que competir con las porcinas mediante el uso de CRISPR para manipular genéticamente un embrión porcino unicelular de modo que le faltaran dos genes necesarios para el desarrollo renal.
Gráfico del estudio dinfudido en la revista académica 'Cell Stem Cell'
En segundo lugar, los investigadores modificaron células madre pluripotentes humanas -células que tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula- para hacerlas más susceptibles a la integración y menos propensas a la autodestrucción mediante la desactivación temporal de la apoptosis. A continuación, las convirtieron en células "ingenuas" parecidas a las primeras células embrionarias humanas cultivándolas en un medio especial.
En tercer lugar, antes de implantar los embriones en desarrollo en cerdas de alquiler, los investigadores cultivaron las quimeras en condiciones optimizadas para proporcionar nutrientes y señales únicas tanto a las células humanas como a las porcinas, ya que estas células suelen tener necesidades dispares.
RIÑONES CON UN 50-60% DE CÉLULAS HUMANAS
En total, los investigadores transfirieron 1.820 embriones a 13 madres de alquiler. Al cabo de 25 o 28 días, interrumpieron la gestación y extrajeron los embriones para evaluar si las quimeras habían logrado producir riñones humanizados.
Los investigadores recogieron cinco embriones quiméricos para analizarlos (dos a los 25 días y tres a los 28 días de la implantación) y comprobaron que tenían riñones estructuralmente normales para su fase de desarrollo y estaban compuestos por un 50-60% de células humanas. A los 25-28 días, los riñones estaban en la fase de mesonefros (la segunda fase del desarrollo renal) y habían formado túbulos y brotes de células que acabarían convirtiéndose en uréteres que conectaban el riñón con la vejiga.
ÉTICA
El equipo también investigó si había células humanas en otros tejidos de los embriones, lo que podría tener implicaciones éticas, sobre todo si se encontraban abundantes células humanas en tejidos neurales o de la línea germinal y los cerdos llegaban a término. Demostraron que las células humanas se localizaban sobre todo en los riñones, mientras que el resto del embrión estaba compuesto por células porcinas.
"Descubrimos que si se crea un nicho en el embrión porcino, las células humanas van a parar de forma natural a esos espacios", explica el autor principal, Zhen Dai, del Instituto de Biomedicina y Salud de Guangzhou.
"Vimos muy pocas células neuronales humanas en el cerebro y la médula espinal y ninguna célula humana en la cresta genital, lo que indica que las células madre pluripotentes humanas no se diferenciaron en células germinales", asegura. Según los investigadores, esto podría evitarse eliminando más genes en las células madre pluripotentes humanas, lo que podría probarse en futuros estudios.
Ahora que han optimizado las condiciones para cultivar riñones humanizados en quimeras humano-cerdo, el equipo quiere permitir que los riñones se desarrollen durante más tiempo. También están trabajando para generar otros órganos humanos en cerdos, como el corazón y el páncreas.
OBJETIVO: CREAR UN ÓRGANO FUNCIONAL
El objetivo a largo plazo es optimizar esta tecnología para el trasplante de órganos humanos, pero los investigadores reconocen que el trabajo será complejo y podría llevar muchos años. Cultivar un órgano humanizado plenamente funcional en un cerdo requeriría algunos pasos adicionales porque los órganos se componen de múltiples tipos de células y tejidos.
En este estudio, los investigadores crearon un nicho sólo para un subconjunto de células, lo que significa que los riñones tenían células vasculares derivadas de cerdos, y esto podría provocar el rechazo del órgano si se utilizaran en un escenario de trasplante.
"Como los órganos no se componen de un solo linaje celular, para tener un órgano en el que todo proceda del humano, probablemente tendríamos que diseñar los cerdos de una forma mucho más compleja, y eso también plantea algunos retos adicionales", afirma el autor principal, Miguel A. Esteban, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou.
Mientras tanto, esta tecnología podría utilizarse para estudiar el desarrollo de órganos humanos y enfermedades del desarrollo. "Antes de que lleguemos a ese estado tardío de fabricar órganos que puedan estar en la estantería para la práctica clínica, este método proporciona una ventana para estudiar el desarrollo humano -apunta Esteban-. Puedes rastrear las células humanas que estás inyectando y manipularlas para poder estudiar enfermedades y cómo se forman los linajes celulares".