Organoides humanos en ratones de laboratorio

organoides de intestinoYa sé que lo de “organoides” a alguno le sonará raro, como de ciencia ficción, pero no hay que asustarse. Los científicos llaman organoides a grupos de células organizadas de forma parecida a un órgano natural (hígado, corazón, riñón) pero sin llegar a ser el órgano completo. Desde el punto de vista de la medicina regenerativa, la idea es brutal. ¿Se imaginan un almacén con pequeños trozos de hígado humano listos para ser trasplantados? O piensen en lo útil que sería un organoide hepático construido con las células de un paciente que sufre una enfermedad del hígado, por ejemplo; la cantidad de información que podríamos obtener sobre esa enfermedad, o los fármacos que podríamos ensayar hasta dar con el más eficaz…

“¿Se imaginan un almacén con pequeños trozos de hígado humano listos para ser trasplantados?”

Con la explosión de la investigación en células madre que venimos presenciando en los últimos años, todo esto podría ser realidad en un futuro cercano, pero hay que ir dando pasos seguros. Hoy en día ya se utilizan con éxito distintos tipos de células madre para tratar enfermedades, especialmente las llamadas células madre “adultas”. Poco a poco, vamos conociendo mucho mejor las células madre pluripotenciales, tanto embrionarias como las reprogramadas a partir de células diferenciadas. De hecho, estamos viendo ya los primeros resultados de ensayos clínicos que utilizan este tipo de células. Todo esto, unido a enormes avances en ingeniería de tejidos, ha hecho posible también “atacar” el problema de la formación de órganos en el laboratorio. En este contexto se encuadra la publicación, en la revista Nature Medicine, de un trabajo realizado por científicos estadounidenses en el que demuestran que es posible formar pequeños organoides humanos.

“En este contexto se encuadra un trabajo realizado por científicos estadounidenses, en el que demuestran que es posible formar pequeños organoides humanos”

Los investigadores se atrevieron en este caso con un órgano tan complejo como el intestino, lo que demuestra una buena dosis de coraje. El intestino (ver foto más arriba) es un órgano compuesto por una capa muscular que lo envuelve por fuera y varios tipos de células en su interior, células que forman vellosidades y se especializan en absorber sustancias para enviarlas a la sangre. ¿Se puede fabricar una estructura tan compleja a partir de un solo tipo de célula? Si el embrión lo hace, por qué no va a ser posible… En este caso, los científicos comenzaron con células pluripotenciales (tanto embrionarias como reprogramadas a partir de la piel o de la sangre de donantes) y las trataron con un cóctel que dio lugar a organoides intestinales. A continuación trasplantaron estos organoides bajo la cápsula del riñón de ratones inmunodeprimidos, que aceptan células humanas sin rechazarlas. Sorprendentemente, los organoides crecieron y fueron organizándose hasta dar lugar a pequeños fragmentos de intestino perfectamente formado: músculo, células especializadas en la absorción que se renuevan continuamente, etc.

“Sorprendentemente, los organoides crecieron y fueron organizándose hasta dar lugar a pequeños fragmentos de intestino perfectamente formado”

Al parecer, la técnica de microcirugía empleada para situar los organoides en el riñón, de forma que reciban un buen aporte sanguíneo, es crucial para el éxito de este procedimiento. Pero lo importante es que se haya solventado un escollo difícil y que se haya dado con una tecnología reproducible, porque como decía al principio esto podría tener múltiples aplicaciones en medicina, y no sólo en pacientes con enfermedades que afectan al intestino. Para empezar, los científicos han demostrado que es posible usar células reprogramadas humanas, lo que abre la posibilidad de generar pequeños órganos para autotrasplante en aquellos casos en que no aparezca un donante adecuado.

“Esto tecnología tardará aún años en llegar a la práctica clínica habitual, pero mientras tanto ya podría resolver problemas médicos de gran relevancia”

Evidentemente, esta tecnología tardará aún años en llegar a la práctica clínica habitual, pero mientras tanto ya podría resolver problemas médicos de gran relevancia. Por ejemplo, las pruebas que se hacen para ensayar el funcionamiento de fármacos en modelos animales podrían reemplazarse por ensayos en organoides, lo cual no sólo disminuiría el uso de animales de laboratorio sino que daría resultados más extrapolables a humanos: en el fondo, se estarían estudiando órganos prácticamente idénticos a los de los enfermos. Como es sabido, muchos de los fármacos que funcionan en los modelos animales no son eficaces cuando llegan a la fase de ensayos en humanos, lo que contribuye a que el tiempo necesario para poner un fármaco en el mercado sea de años. Las pruebas sobre organoides deberían acelerar mucho este proceso, lo cual ya de por sí tendría un impacto enorme en la lucha contra la enfermedad. Con un poco de suerte (y mucho más trabajo) los auto-trasplantes llegarán después…

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Células madre en chips, ratones y monos

biopsia líquida para detectar mutaciones en tumoresHoy le va a tocar el turno a las células madre, haciendo un breve repaso de los avances publicados en los últimos días que más me han llamado la atención. En primer lugar, un estudio hecho en ratones que aparece en la revista Stem Cell Reports. Partiendo de una línea celular humana, los científicos obtienen células madre neurales (o sea, especializadas en “fabricar” células nerviosas) y las trasplantan en ratones que sufren síntomas parecidos a la esclerosis múltiple, enfermedad que afecta a la sustancia que recubre los nervios y provoca síntomas neurológicos diversos. En dos semanas los ratones habían vuelto a caminar, pero eso no es lo más sorprendente. Después de seis meses siguen “curados” pero en cambio no hay rastro de las células madre trasplantadas (que de hecho desaparecieron a los ocho días de la operación). Así que el efecto beneficioso debe estar en alguna sustancia que las células madre fabricaron inicialmente, sustancia que lógicamente andan buscando…

Otro artículo también tienen que ver con células pluripotenciales, esta vez las famosas iPS que se inducen a partir de células de la piel. Por un lado, científicos de Harvard han logrado crear un pequeño corazón enfermo en un microchip, depositando células obtenidas de pacientes que sufren una enfermedad del corazón. La idea es recrear el tejido cardíaco de un paciente concreto en un pequeño chip, de forma que se puedan estudiar los mecanismos que causan la patología o ensayar fármacos que funcionen para ese paciente concreto. Medicina personalizada llevada al extremo, diría yo…

Y finalmente, la revista Cell Reports publica los resultados del primer ensayo clínico realizado en primates con células iPS. El ensayo quería comprobar si estas células madre son capaces de formar hueso al ser trasplantadas a los mismos monos de los que se habían obtenido. Y de paso, ver si la técnica es segura. La formación de hueso fue un éxito, pero en algunos casos los animales desarrollaron también tumores llamados teratomas que crecieron muy lentamente. Esto era previsible, ya que todas las células pluripotenciales tienen este riesgo. La buena noticia es que cuando los investigadores usaron células iPS que previamente habían sido especializadas en formar hueso, la técnica funcionó igual de bien pero además no hubo ningún tumor secundario. Si se confirma que el paso de ratones a monos funciona y es seguro, no esperéis mucho a ver esto aplicado en humanos.

El sueño de todo reprogramador

células madreAdmito que el título puede resultar un poco oscuro, ambiguo o engañoso; pero desde luego no es exagerado. Científicos japoneses han revolucionado el mundo de la reprogramación celular con una nueva técnica que denominan STAP (por las siglas en inglés de Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency, o sea, adquisición de pluripotencialidad desencadenada por un estímulo). Lo increíble es que el “estímulo” es una ligera bajada del pH (poner las células en un medio más ácido) durante 25 minutos, y punto.

Si la llegada de las células madre de pluripotencialidad inducida (iPS), de las que nos venimos ocupando en A Ciencia Cierta desde enero de 2007, ya supuso un avance extraordinario, con premio Nobel incluido a Shinya Yamanaka, esto podría abrir perspectivas insospechadas en el campo de la medicina regenerativa si funciona en células humanas (nótese el condicional, nada despreciable). En el artículo publicado en la revista Nature, Haruko Obokata y sus colegas tomaron células de la sangre (linfocitos) de ratón y las sometieron a varios tipos de estrés. La bajada del pH de 7,0 a 5,7 durante 25 minutos hizo que murieran el 70% de las células, pero la quinta parte de las que sobrevivieron se habían reprogramado a células pluripotenciales. O sea, un 6%, que no está nada mal teniendo en cuenta que los protocolos para obtener células iPS dan rendimientos más bajos. Pero lo más sorprendente, y que ha pasado relativamente desapercibido, es que en otro artículo publicado en el mismo número de la revista los investigadores demuestran que estas células pueden dar lugar no sólo a cualquier tejido del cuerpo, sino que también contribuyen a formar placenta. Y eso no lo consiguen las iPS; de hecho, sólo las primeras cuatro células del embrión humano son capaces de tal hazaña.

Todo lo cual, por supuesto, tiene a la comunidad científica en vilo. Una encuesta por internet (en la que un servidor tomó parte) revela que un 30% de los participantes están “convencidos al 100%” o “casi convencidos” de que el hallazgo es real. Pero el 58% todavía no está seguro, lo cual refleja lo inesperado de este descubrimiento. Habrá que ver, pero ayer mismo la revista New Scientist decía que investigadores de Estados Unidos ya han logrado células STAP humanas, aunque todavía están haciendo las comprobaciones necesarias. Ahí lo dejo…

La reprogramación perfecta (casi)

doble hélice de ADNDesde que en el año 2006 científicos japoneses demostraron la posibilidad de reprogramar una célula adulta para hacerla regresar a un estado como el que tenía en el embrión (estado que se conoce como pluripotencia), el mundo de la terapia celular y la medicina regenerativa no han cesado en sus constantes avances. Si la técnica inicial utilizada por Yamanaka empleaba cuatro genes, pronto se encontraron modos de hacer la reprogramación más segura y más eficaz. Aún así, el porcentaje de células que se reprograman completamente sigue siendo bajo. A esto hay que sumar el inconveniente de que no todas se reprograman a la vez, por lo que a veces es difícil controlar bien el proceso. Todos estos detalles han frenado la introducción de estas tecnologías en la curación de enfermedades, pero esto podría estar a punto de cambiar.

Científicos israelíes han dado un paso de gigante, tal y como publican en la revista Nature, al conseguir una eficacia de reprogramación cercana al 100%. O sea, que prácticamente todas las células que están creciendo en el frasco de cultivo se hacen totalmente pluripotenciales en una semana. Y no sólo esto: todas las células se reprograman al mismo tiempo. Lo más increíble del descubrimiento es que todo esto se consigue silenciando un único gen.

El razonamiento de los investigadores fue impecable. A medida que el embrión va creciendo, sus células dejan de ser pluripotentes, luego debe existir algún mecanismo responsable de “frenar” la pluripotencia. Identificado el responsable (un gen llamado Mbd3), los científicos inactivaron este gen cuando llevaban a cabo la técnica habitual de reprogramación, y vieron que le eficiencia se disparaba, las células se reprogramaban más rápido y además sincronizadas, todas a la vez. Vamos, el sueño de todo “reprogramador” celular. Habrá que ver cómo traducir esto en tratamientos con células pluripotenciales humanas para curar enfermedades. Cuanto antes, mejor, porque pacientes no faltan.

¿El principio de la curación del Síndrome de Down?

down syndromeYa lo tuiteé en su día porque me pareció un avance enorme, publicado hace poco en la revista Nature. Aunque ha recibido buena cobertura en los medios, creo que no siempre lo han explicado con el suficiente detalle, así que ahí vamos…

Todo el mundo sabe que los humanos tenemos 23 pares de cromosomas y que el Síndrome de Down está causado por la existencia de una copia “extra” del par número 21, o sea que en vez de ser un par realmente hay tres cromosomas 21. Esto significa que en esta enfermedad hay una “dosis” mayor de lo normal para decenas de genes (los situados en ese cromosoma), lo cual desemboca en los problemas típicos de este síndrome. Dicha circunstancia supone un serio problema para el desarrollo de terapias efectivas, porque si habitualmente ya es difícil “apagar” un solo gen para curar una enfermedad, silenciar la copia extra de todos los genes que están en el cromosoma 21 es una tarea poco menos que imposible. De ahí que esta enfermedad haya recibido hasta ahora menos atención de la que debería.

Sin embargo, nuestras células ya poseen un mecanismo que permite silenciar un cromosoma completo. Hay un par de cromosomas que es diferente en hombres y mujeres: las mujeres tienen dos cromosomas X (“equis”) mientras que los hombres tienen un cromosoma X junto con un cromosoma Y. Para corregir este desequilibrio en la dosis de los genes alojados en el cromosoma X, todas las mujeres inactivan en sus células una de las dos copias, gracias a un proceso que se ha estudiado con bastante detalle en los últimos años. En resumen, el organizador de este proceso de inactivación es un gen situado en el mismo cromosoma X, llamado XIST, que hace que todo el cromosoma se quede “silenciado”.

Todo esto llevó a pensar a investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachussetts que la inserción del gen XIST en uno de los tres cromosomas 21 que llevan los pacientes con Down lograría silenciar esa copia “extra” y así restablecer, de un solo golpe, la dosis normal para todos los genes que están en ese cromosoma. Utilizando tecnologías punteras de “tijeras moleculares” en células madre pluripotenciales de un paciente con Síndrome de Down, los científicos lograron precisamente eso: inactivar una de las tres copias del cromosoma 21 en células cultivadas en el laboratorio. Esto les ha permitido conocer muchos detalles nuevos sobre las vías moleculares alteradas en esta enfermedad, lo que seguramente facilitará el desarrollo de nuevos tratamientos. Y al final del camino, cómo no, está la posibilidad de que un día se pueda silenciar todo el cromosoma “extra” en las células del embrión para así evitar la aparición del síndrome de Down. Aunque para eso habrá que esperar unos años…

Órganos en miniatura: ahora, el hígado

riñones artificialesSi hace pocas semanas hablaba del descubrimiento de unas moléculas que pueden ayudar a regenerar los hígados dañados, hoy tengo el placer de anunciar a los lectores algo que va en esa misma línea pero es bastante más sorprendente. En el fondo, se trata de la vieja idea de “si mi hígado no funciona, póngame uno nuevo”, que hasta ahora ha sido más bien como un sueño imposible. Pero investigadores japoneses han hecho un descubrimiento que la convierte, al menos, en algo factible, según publican en la revista Nature.

Todo comenzó porque los científicos estaban intentando crear tejido hepático correctamente vascularizado, es decir, con todos los vasos sanguíneos necesarios para que funcione bien. Uno de los sistemas que probaron fue mezclar células de la piel reprogramadas a células hepáticas con otros dos tipos celulares: unas que recubren por dentro los vasos sanguíneos y otras que son capaces de formar hueso o grasa. Sorprendentemente, los investigadores observaron que las células se comenzaban a auto-organizar y formaban pequeños esbozos de hígado. Después de optimizar este proceso, tras cientos de pruebas, lograron crear muchos de estos pequeños trocitos de hígado humano y comprobaron que, al menos en el laboratorio, podían llevar a cabo muchas de las funciones del hígado normal.

Lo más increíble es que estos mini-fragmentos de hígado también funcionaron después de ser trasplantados al abdomen de ratones de laboratorio: su red de vasos sangúineos se fusionaba con la del animal, con lo que recibían aporte sanguíneo, se mantenían funcionando e incluso crecían de tamaño. Es más, en algunos de estos ratones que padecían insuficiencia hepática, los minúsculos trasplantes evitaron la muerte de los animales.

Es pronto, lógicamente, para pensar en la aplicación a humanos, pero sin duda este descubrimiento abre un panorama muy alentador para el futuro de los trasplantes. Si la estrategia adoptada por los científicos de “mezclar varios tipos de células y dejar que hablen entre ellas” para organizarse y formar los mini-hígados funciona también con células procedentes de otros tejidos, podríamos tener a la vista un futuro con trasplantes personalizados prácticamente “a la carta”.

¡Ah! Y como lo prometido es deuda, este post va dedicado al seguidor 500 de @a100ciacierta, sea quien sea… Bienvenido.

Moléculas parar hacer crecer el hígado

regeneración hepáticaNuestro hígado se puede regenerar, porque cuando le quitas un trozo el resto vuelve a crecer. Si no, que se lo pregunten al bueno de Prometeo… El problema es que en algunas circunstancias este proceso no es lo suficientemente eficaz, porque las células hepáticas mueren más rápido de lo que el organismo puede regenerarlas. El resultado suele ser que uno necesita un trasplante hepático, lo cual no siempre es fácil y a veces ni siquiera posible. Pero si la regeneración ocurre, ¿no podríamos identificar las moléculas que la hacen posible, y quizás diseñar fármacos que la aceleren? Eso está hecho, a juzgar por lo que acaba de publicar un equipo de investigadores de Harvard y del MIT en la revista Nature Chemical Biology.

Para conseguirlo, los científicos utilizaron una tecnología en la que ya eran expertos: crecer grandes capas de células hepáticas cultivándolas en el laboratorio. Esto les permitió probar más de 12.000 compuestos químicos y ver cómo afectaba cada una de estas moléculas al crecimiento de las células. Resumiendo meses de trabajo en una simple frase, el resultado fue que encontraron 12 compuestos capaces de mantener el crecimiento de las células y preservar correctamente todas sus funciones. Además, dos de estas moléculas provocaron la maduración de células pluripotenciales reprogramadas a partir de la piel de voluntarios, convirtiéndolas en células del hígado.

Las posibilidades son enormes. No sólo se podrían utilizar estos compuestos para cultivar células hepáticas en el laboratorio en grandes cantidades, sino que además los investigadores quieren ver qué sucede al implantar polímeros con estas sustancias en el hígado de ratones de laboratorio. Lógicamente, también están estudiando la posibilidad de utilizarlos directamente para regenerar los hígados dañados de pacientes. En unos años, quizás los trasplantes de hígado (tal y como los conocemos) habrán pasado a la historia. Ojalá.