Embriones quiméricos que contienen una combinación de células humanas y de cerdo han sido exitosamente creados por los investigadores de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou. Después de 28 días, los riñones humanizados en desarrollo transferidos a madres de cerdos sustitutas mostraron una estructura normal y formación de túbulos. Esta es la primera vez que un órgano sólido humanizado ha sido cultivado dentro de otra especie, aunque estudios anteriores han utilizado métodos similares para generar tejidos humanos como sangre o músculo esquelético en cerdos. La revista Cell Stem Cell publicó este trabajo el 7 de septiembre.
Después de 28 días, los riñones humanizados en desarrollo transferidos a madres de cerdos sustitutas mostraron una estructura normal y formación de túbulos
Uno de los primeros órganos en desarrollarse y el órgano más comúnmente trasplantado en la medicina humana son los riñones, en los que se centraron los investigadores.
"Nuestro enfoque mejora la integración de las células humanas en los tejidos receptores y nos permite cultivar órganos humanos en cerdos", afirma el autor principal Liangxue de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou, la Academia China de Ciencias y la Universidad de Wuyi. Según él, se han producido órganos de rata en ratones y órganos de ratón en ratas, pero hasta ahora no ha habido éxito en los intentos anteriores de cultivar órganos humanos en cerdos.
El desafío de integrar células madre humanas en embriones de cerdo radica en la superioridad de las células de cerdo sobre las células humanas, así como en sus diferentes necesidades fisiológicas. "Hemos estado trabajando en encontrar mecanismos que permitan superar la baja eficiencia en la formación de quimeras entre especies", afirma Guangjin Pan, autor principal de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou. "Hemos identificado un par de factores críticos que mejoran la competencia celular y, por ende, la formación de quimeras entre especies".
Dependen de tres componentes clave la técnica del equipo.
Utilizando la técnica de CRISPR, se diseñó genéticamente un embrión de cerdo unicelular al que le faltaban dos genes necesarios para el desarrollo renal. Esto permitió crear un nicho dentro del embrión de cerdo, evitando así la competencia entre las células humanas y las células de cerdo. Para aumentar la integración y reducir la autodestrucción de las células madre pluripotentes humanas, se las convirtió en células "ingenuas" similares a las células embrionarias humanas tempranas. Esto se logró cultivándolas en un medio especial y cerrando temporalmente la apoptosis. Antes de implantar los embriones en desarrollo en cerdas sustitutas, se cultivaron las quimeras en condiciones optimizadas para satisfacer las necesidades nutricionales y señales únicas tanto de las células humanas como de las células de cerdo, que generalmente tienen requerimientos diferentes. En total, se transfirieron 1.820 embriones a 13 madres sustitutas. Después de 25 o 28 días, se finalizó la gestación y se extrajeron los embriones para evaluar si las quimeras habían logrado producir riñones humanizados con éxito.
Utilizando la técnica de CRISPR, se diseñó genéticamente un embrión de cerdo unicelular al que le faltaban dos genes necesarios para el desarrollo renal
Se recolectaron cinco embriones quiméricos para su análisis por parte de los investigadores. Dos de estos embriones fueron recolectados a los 25 días después de la implantación, mientras que los otros tres fueron recolectados a los 28 días después de la implantación. Los resultados del análisis revelaron que estos embriones tenían riñones estructuralmente normales para su etapa de desarrollo y estaban compuestos por un 50-60% de células humanas. Durante esta etapa, conocida como mesonefros, los riñones ya habían formado túbulos y brotes de células. Estos túbulos y brotes eventualmente se convertirían en uréteres, que son las estructuras encargadas de conectar el riñón con la vejiga.
Se investigó además si había contribución de células humanas a otros tejidos en los embriones, lo cual podría tener implicaciones éticas si se encontraban abundantes células humanas en tejidos neurales o de línea germinal y si los cerdos llegaban a término. Se demostró que las células humanas se localizaban principalmente en los riñones, mientras que el resto del embrión estaba compuesto por células de cerdo.
"Si se crea un nicho en el embrión de cerdo, las células humanas ingresan naturalmente a estos espacios", informa Zhen Dai, autor principal de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou. "En el cerebro y la médula espinal, solo se observaron unas pocas células neuronales humanas, y no se encontraron células humanas en la cresta genital, lo que sugiere que las células madre pluripotentes humanas no se diferenciaron en células germinales". Los investigadores afirman que esto podría evitarse eliminando más genes en las células madre pluripotentes humanas, lo cual podría ser probado en futuros estudios.
El equipo está trabajando en permitir que los riñones se desarrollen durante más tiempo, ahora que han optimizado las condiciones para cultivar riñones humanizados en quimeras humano-cerdo. Además, también están enfocados en generar otros órganos humanos en cerdos, como el corazón y el páncreas.
El equipo está trabajando en permitir que los riñones se desarrollen durante más tiempo
Los investigadores reconocen que el trabajo será complejo y podría llevar muchos años, pero el objetivo a largo plazo es optimizar esta tecnología para el trasplante de órganos humanos. Cultivar un órgano humanoizado completamente funcional en un cerdo requeriría algunos pasos adicionales debido a la composición de múltiples tipos de células y tejidos en los órganos. En este estudio, se creó un nicho para un solo subconjunto de células, lo que significa que los riñones tenían células vasculares derivadas de cerdos. Esto podría causar rechazo de órganos si se usaran en un escenario de trasplante.
El autor principal de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou, Miguel A. Esteban, explica que para lograr un órgano compuesto completamente por células humanas, sería necesario diseñar a los cerdos de una manera mucho más compleja. Además, esto conlleva algunos desafíos adicionales debido a que los órganos no están compuestos de un solo linaje celular.
Se podrían utilizar esta tecnología para estudiar el desarrollo de órganos humanos y enfermedades del desarrollo, mientras tanto.
Esteban afirma que este método proporciona una oportunidad para investigar el desarrollo humano antes de llegar al estado tardío de fabricación de órganos que pueden estar en el estante para la práctica clínica. Él explica que es posible rastrear las células humanas inyectadas y manipularlas con el fin de estudiar enfermedades y la formación de los linajes celulares.