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…

Sangre, cerebro y hueso

mielina en el cerebroLos hallazgos sobre las células madre y sus aplicaciones no descansan en verano. Voy a resumir tres estudios publicados en este mes de agosto que termina, todos ellos relacionados con el tema. Creo que transmiten bastante bien las expectativas que actualmente genera este campo de investigación, así como la creatividad mostrada por los investigadores para extraer todo el potencial que tiene.

Quizás lo más anecdótico pueda parecer el asunto del hueso, publicado en la revista PNAS. Bioingenieros del MIT han desarrollado un nuevo armazón artificial formado por unos polímeros “empapados” en determinados factores de crecimiento que inducen la regeneración del hueso, un proceso complejo que lleva su tiempo. Estos dispositivos se pueden implantar y entonces liberan esos factores en dos “oleadas”, lo cual es importantísimo: poco a poco van “atrayendo” a las células madre desde la médula ósea y las estimulan a formar no sólo hueso, sino también la red de vasos sanguíneos que sustente su crecimiento. Suficiente para cerrar un agujero de 8 milímetros en el cráneo de ratas en tan sólo dos semanas, sin dejar rastro de hueso anómalo.

Lo de las neuronas es más espectacular. Científicos de la Universidad de Luxemburgo publican en la revista Stem Cell Reports la reprogramación de células de la piel de ratones para convertirlas en neuronas. Esto no es nada nuevo, lo sorprendente del asunto es que tras implantarlas en dos zonas diferentes del cerebro de los animales, las nuevas neuronas se integraron con las ya existentes, estableciendo nuevas conexiones. Después de seis meses, seguían funcionando con normalidad. No hace falta decir que esto supone un tremendo espaldarazo a la utilización de esta misma estrategia en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas en humanos.

Tratamientos que ya son una realidad en el caso de células madre procedentes de la sangre: ¿quién no ha oído hablar de los trasplantes de médula ósea? Las células madre de la sangre se generan en un “nicho” especial de la médula ósea y son valiosísimas… pero también muy escasas. Hasta ahora no ha sido posible fabricarlas en el laboratorio, porque no es fácil reproducir las condiciones ideales para su multiplicación. Precisamente, otra investigación -publicada esta vez en la revista Nature– parece haber descubierto el secreto al estudiar lo que sucede en un pez tropical conocido como pez cebra. Al parecer, hay otro tipo de célula que es necesaria para que las células madre de la sangre puedan proliferar. Los investigadores han identificado de qué células se trata e incluso han encontrado las señales químicas necesarias para su formación. Si algún día esto permite fabricar “en masa” células madre de la sangre, las posibilidades terapéuticas serán enormes. Para el cerebro, el hueso y -esperemos- muchas cosas más.

 

 

Ayuno y quimioterapia

ayuno y quimioTodos conocemos algunos efectos secundarios de los distintos tipos de quimioterapias que se usan para combatir el cáncer. Uno bastante común tiene que ver con la mala regeneración de las células sanguíneas y la supresión del sistema inmunitario, que también aparece con la edad avanzada. Aunque se conocen los mecanismos generales que dan lugar a estos efectos indeseados, sería de gran utilidad encontrar alguna forma de evitarlos. Por sorprendente que parezca, un estudio publicado en la revista Cell Stem Cell viene a demostrar que, al menos en ratones de laboratorio, ambos problemas se pueden prevenir con un par de días de ayuno.

Investigadores de la Universidad de California del Sur sometieron a los animales a seis ciclos de quimioterapia con ciclofosfamida, y analizaron el comportamiento de las células madre que fabrican la sangre así como el funcionamiento del sistema inmunológico. Al comparar ratones que habían “ayunado” durante 48 horas con otros a los que se les había permitido comer ad libitum, los científicos observaron varias cosas sorprendentes: el ayuno redujo el daño a la médula ósea y la protegió de los efectos nocivos de la quimioterapia, facilitando la regeneración de células sanguíneas. Además, lograron dar con la vía molecular responsable de este fenómeno (unas moléculas llamadas IGF1 y PKA). De hecho, al utilizar fármacos que inhiben o estimulan esta misma vía pudieron reproducir o suprimir los efectos beneficiosos del ayuno, respectivamente.

Lo cual, como es lógico, podría ser de gran utilidad para prevenir los daños colaterales que produce la quimioterapia en pacientes con cáncer. En este sentido, es una gran ventaja que hayan descubierto las moléculas implicadas, porque está claro que no se puede someter a los enfermos a dos días de ayuno. Si se encuentran fármacos que modulen estos procesos y muestren los mismos efectos beneficiosos, la calidad de vida de miles de personas podría mejorar sensiblemente.

 

Órganos prefabricados

Hoy mismo he tuiteado varias noticias relacionadas con el tema: vaginas artificiales creadas en el laboratorio e implantadas a cuatro mujeres, cartílago fabricado a partir de biopsias y utilizado para reconstruir la nariz… Todo lo cual viene a sumarse al reciente anuncio en la revista PNAS de que investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke han logrado crear músculo artificial. En roedores, todavía, pero músculo al fin y al cabo; y bastante bueno.

Hasta ahora, el músculo se había resistido a los intentos de fabricarlo en el laboratorio, al menos tal y como se ha conseguido ahora: un músculo que, al ser implantado a un animal vivo, sea capaz de crecer y regenerarse, además de contraerse con una fuerza similar a la del músculo de ratas recién nacidas. Uno de los videos que acompañan al artículo habla por sí solo.

El secreto del éxito de estos investigadores ha sido, al parecer, la utilización de una estrategia nueva. Por un lado, utilizar músculo previamente madurado en el laboratorio a partir de células madre musculares. Por otro, incluir estas mismas células madre en el implante. Así, resulta que el músculo maduro actúa como un almacén natural donde las células madre musculares pueden sobrevivir y ponerse en marcha cuando sea necesario. Por eso, al implantar estos fragmentos de músculo en la espalda de ratones los científicos comprobaron que se llenaba de vasos sanguíneos, e incluso se regeneraba después de haber sido lesionado con un veneno de serpiente.

Ya se ve que cada vez estamos más cerca de ver hecha realidad aquella escena de Blade Runner en la que aparece la tienda de ojos de Hannibal Chew. Bueno, a decir verdad quizás todavía tengamos que esperar bastante para conseguir, precisamente, ojos.

Pastores de células

Los bioingenieros siguen añadiendo nuevas formas de creatividad a la investigación biomédica. No cabe duda que en el futuro nos ayudaremos de muchos artilugios de todo tipo para caminar, calcular, controlar objetos con el pensamiento… y de algunos de estos avances ya me he hecho eco en estas páginas. A un nivel más de laboratorio, los nuevos materiales están ya contribuyendo a la creación de estructuras celulares en tres dimensiones, requisito necesario “fabricar” órganos artificiales. Pero a veces no resulta fácil llevar las células que están creciendo en un frasco hacia los puntos donde quieres que se depositen. Según bioingenieros de la Universidad de California en Berkeley, basta con un poco de electricidad. Mira el video:

Eso que se mueve son células epiteliales, como las de la piel, que están creciendo en el laboratorio en una sola capa. Al aplicarles corrientes de 5 voltios por centímetro, las células se mueven por el campo eléctrico en una dirección concreta. Como si de un rebaño de ovejas se tratara, sincronizan su migración en función de los cambios de corriente que van operando los investigadores. La “galvanotaxis” (que así se denomina el proceso) se había demostrado para células aisladas, pero esta investigación publicada en la revista Nature Materials es la primera que lo demuestra en grandes grupos de células.

Como decía, esta nueva técnica puede convertirse en una herramienta extremadamente útil para la ingeniería de tejidos. Pero además podría tener algunas aplicaciones más in vivo, que se dice. Por ejemplo, los autores del estudio ya están viendo la posibilidad de utilizar corrientes eléctricas para acelerar la curación de heridas, proceso en el que es muy importante la migración de distintos tipos de células a la zona lesionada. La imaginación al poder, que dirían en los sesenta…

Curan la diabetes en ratones

diabetesYa que el mundo de las células madre parece estar agitado con los últimos avances, aquí traigo más madera, que diría Groucho Marx… Como vengo profetizando desde hace tiempo, la medicina regenerativa va a jugar un papel decisivo en la lucha contra la enfermedad en los próximos años. Aunque ahora la mayor parte de los esfuerzos se centran en las células madre pluripotenciales, a un plazo más largo es probable que se utilice algún tipo de “cóctel” para fabricar células madre algo más especializadas en reparar un órgano concreto. Una investigación publicada recientemente en la revista Cell Stem Cell muestra lo que quiero decir. Y lo hace de forma contundente, curando la diabetes en ratones de laboratorio.

Por diversos motivos, la regeneración de las células beta del páncreas (las que fabrican insulina, que están dañadas en pacientes con diabetes) es más difícil de lo que inicialmente se pensaba. Uno de los problemas es que las propias células beta obtenidas a partir de células madre tienen una vida limitada y no proliferan, con lo que los tratamientos no terminan de ser muy eficaces. El camino explorado por investigadores del Instituto Gladstone, de California, ha intentado solucionar esto. Los científicos alimentaron células de la piel de ratones con una mezcla de moléculas, y esto las transformó en células madre que no eran totalmente pluripotenciales. Después utilizaron otro cóctel distinto para convertir estas células madre en células progenitoras pancreáticas, es decir, especializadas en regenerar este órgano en concreto. La pregunta era si estas células podrían dar lugar a células beta maduras que fabricasen insulina en respuesta a la concentración de glucosa en la sangre.

La respuesta es que sí. Al trasplantar estas células progenitoras pancreáticas en ratones de laboratorio que sufren diabetes, los investigadores comprobaron que los niveles de glucosa en la sangre de los animales bajaron hasta valores normales una semana después del trasplante. El efecto era real, porque al quitar las células trasplantadas volvía a subir el azúcar en la sangre de los ratones. Pero lo más espectacular sucedió a las ocho semanas del trasplante, cuando los científicos examinaron los animales: las células progenitoras se habían convertido en auténticas células beta secretoras de insulina.

Con las precauciones de siempre, porque la diabetes de estos ratones no es idéntica a la enfermedad humana y podría haber otras barreras que salvar, esta vía podría iniciar el camino (quizás aún largo) de la curación definitiva de la diabetes. Que lo veamos.

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…