Organoides de retina: el cultivo tisular a partir de células madre
Dra. Ayumi Kawakami Campos, Dra. Olga Maqueda Ruiz
¿El futuro se ve brillante? ¡El futuro se ve! Punto
En la película de ciencia ficción I, Robot, sobre un futuro distópico donde los robots humanoides se vuelven la norma en el 2035, el actor Will Smith sufre una lesión en el antebrazo tras una riña, que cura recubriendo con tejido enlatado en spray. La escena plantea un futuro donde en pocos segundos puedes autoinjertar, sin cirugía, tejido sano que no precisa inmunosupresión de por vida. Apreciable lector, intenta imaginar un futuro utópico donde al paciente con desprendimiento de retina ya no se le intenta reaplicar tejido dañado, sino que se le administra de forma intravítrea la materia prima para que forme un nuevo tejido totalmente funcional. Y, aunque la humanidad aún no ha logrado estos resultados fuera de serie, sí ha conseguido una innovadora forma de llevar a cabo investigación in vitro: los organoides u “órganos miniatura”.
Los prometedores organoides
Los organoides son estructuras multicelulares tridimensionales que se originan de células madre, capaces de organizarse estructural y funcionalmente de la misma forma que el tejido humano in vivo, replicando sus características histológicas, genómicas y moleculares. Una característica distintiva es la heterogeneidad celular: estas estructuras están compuestas por múltiples grupos celulares que se autorregulan e interactúan de la misma forma en la que lo harían en el cuerpo humano.
Los organoides pueden generarse de tres fuentes principales de células madre: embrionarias, pluripotenciales inducidas y neonatales o adultas inducidas.
Una vez extraídas, estas células R se exponen a vías de señalización molecular similares a las que recibirían en su entorno natural. Se trata de factores que inhiben o estimulan el crecimiento, y que imitan procesos llevados a cabo por el cuerpo humano durante la gastrulación y la organogénesis.
Para crecer necesitan de un cultivo suspendido, sin tener contacto físico directo con el plato de petri. A grandes rasgos, hay dos formas para lograrlo: técnicas de andamiaje y técnicas libres de andamios. La primera, la técnica de andamios biológicos o sintéticos, imita a la matriz extracelular natural. El Matrigel es el más usado y se conforma por una mezcla gelatinosa de proteínas de adhesión (colágeno, entactina, laminina y proteoglicanos heparán sulfato), producida por células de sarcoma de ratón (Engelbreth-Holm-Swarm). De esta manera, y utilizando a su favor la tensión superficial, se suspende una gota que cuelga de la caja petri, dentro de la cual se cultivan las células.
En la segunda, la técnica de interfase líquido-aire, se coloca Matrigel o fibroblastos sumergidos en medio líquido, que se va evaporando y rellenando a lo largo de los días, evitando que toque las paredes de la caja de petri, pero permitiendo que se expongan al aire las capas superiores de estas células, lo que les induce mecanismos de polarización y diferenciación.
En la actualidad, existen en el mercado kits estandarizados con instructivos precisos y sencillamente explicados, que permiten cultivar organoides de retina, intestino, hígado, cerebro, etc., desde la comodidad del laboratorio.
¿Qué ventajas y desventajas tiene este modelo de investigación?
Los cultivos celulares bidimensionales de una sola capa de células que se ha empleado desde hace mucho tiempo, tienen la principal limitación de no ser fieles a los procesos biológicos in vivo, al carecer de estructura y más de un tipo celular. Sin embargo, al compararse contra el proceso de fabricación y manutención de los organoides, siguen teniendo un costo más accesible al bolsillo de los investigadores.
La investigación con embriones humanos es una zona compleja desde el punto de vista bioético y legal. Los organoides nos permiten acceder al tejido de interés en etapas de desarrollo tempranas para poder estudiar su desarrollo, brindando una solución para cuestionamientos éticos frecuentemente originados en la investigación.
Un modelo oncológico ampliamente utilizado son los ratones transgénicos o modificados genéticamente. Estos requieren un largo tiempo para su desarrollo, por los periodos de reproducción. Se alejan de la fisiología humana, por lo que los resultados siempre estarán sujetos a una confirmación en el modelo humano. Finalmente, el modelo animal nunca estará exento de riesgos para el investigador e implica invertir tiempo en el cuidado digno del animal.
Una desventaja de los organoides, es que se encuentran suspendidos en un medio enriquecido, por lo que, carecen de estroma: el modelo oncológico se ve afectado por alteraciones en el microambiente ante la ausencia de fibroblastos, células endoteliales, células del sistema inmune, etc. Aunque la calidad de los medios ha mejorado significativamente, desde que en 1987 se describió el rol protagónico del microambiente in vivo en la fisiopatología del cáncer, el Matrigel es finalmente un material sintético, que puede potencialmente activar vías de estrés en las células, alterando los resultados.
Uso clínico en medicina general y oftalmología
Existen múltiples reportes en la literatura sobre sus usos:
- Obtener modelos de estudio: para el desarrollo (embriogénesis), una enfermedad o la respuesta a sus tratamientos.
- Medicina regenerativa: se persigue una realidad en la que sea posible trasplantar a los pacientes un órgano sano y totalmente funcional, fabricado de sus propias células madre para anular el riesgo de rechazo, y así eliminar el requerimiento de medicación inmunosupresora de por vida.
- Medicina personalizada: correcciones genéticas específicas para los pacientes, como, por ejemplo, la edición genética de un gen puntualmente mutado, utilizando CRISPR/CAS9.
- Modelos de pronóstico: respuesta en oncología a la quimioterapia.
Un ejemplo notable en la oftalmología es la investigación de Parfitt et al., 2016, con organoides de retina derivados de células madre pluripotenciales inducidas, portadoras de la mutación CEP290, para crear un modelo fisiopatológico de amaurosis congénita de Leber, una ciliopatía que genera baja visual irreversible. En relación a esta, reportan que se logró restablecer la expresión completa de CEP290 y con eso la longitud y la movilización de proteínas a través de los cilios. Los organoides se perfilaron entonces como un prometedor tratamiento de enfermedades causadas por mutaciones en un gen puntual.
Recientemente, diversos grupos de investigadores, como el Rocky Mountain Lion Eye Institute, llevan a cabo estudios de fase 2 en ojos de cerdo utilizando organoides de epitelio pigmentario de retina en un modelo experimental de degeneración macular relacionada con la edad. El Dr. Andrés Lisker, mexicano, es uno de los cirujanos encargados de su colocación y vigilancia. Resultados preliminares demuestran integración del tejido, actividad eléctrica y efectos adversos controlables en los recipientes de estos organoides.
Conclusiones
Los organoides son potentes herramientas para generar modelos de enfermedades y modelos de desarrollo humano con propiedades únicas que han revolucionado la investigación in vitro. Sin embargo, aún no está ampliamente estandarizado el proceso de cultivo para lograr disminuir sus costos y aumentar la accesibilidad a nivel mundial.
En la actualidad, se está intentado desarrollar modelos aún más complejos donde coexisten múltiples organoides para simular situaciones in vivo, por ejemplo, en el modelo oncológico de metástasis, para tratar de predecir respuesta al tratamiento farmacológico en tejidos distintos.
Parfitt, D. A., Lane, A., Ramsden, C. M., Carr, A. F., Munro, P. M., Jovanovic, K., Schwarz, N., Kanuga, N., Muthiah, M. N., Hull, S., Gallo, J. M., da Cruz, L., Moore, A. T., Hardcastle, A. J., Coffey, P. J., & Cheetham, M. E. Identification and Correction of Mechanisms Underlying Inherited Blindness in Human iPSC-Derived Optic Cups. Cell stem cell, (2016). 18(6), 769–781. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.stem.2016.03.021
Corrò, C., Novellasdemunt, L., & Li, V. S. W. (2020). A brief history of organoids. American journal of physiology. Cell physiology, 319(1), C151–C165. Disponible en: https://doi.org/10.1152/ajpcell.00120.2020
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