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Miniórganos humanos: miniaturas repletas de posibilidades médicas

Los organoides de laboratorio son los avances iniciales en la creación de partes del cuerpo funcionales para trasplantes

Imágenes del microcerebro, con sus distintos tipos celulares.
Imágenes del microcerebro, con sus distintos tipos celulares. Nature

La creación de órganos humanos completos y funcionales para trasplantes es uno de los objetivos más ambiciosos de la medicina regenerativa. No obstante, aún no sabemos si será posible y, en caso de serlo, no lo veremos en un futuro próximo. De todas formas, a menudo, para afrontar los grandes retos médicos hay que empezar por dar pequeños pasos. Los organoides o miniórganos humanos, versiones en miniatura de nuestros órganos creados en el laboratorio, son precisamente los avances iniciales en esta apasionante carrera científica y ya están siendo de utilidad para la ciencia médica.

Estos elementos biológicos en 3D compuestos por múltiples tipos celulares pueden crearse a partir de diferentes tipos de células madre y de células ya diferenciadas. Sin embargo, son las células madre pluripotentes las que más se usan en la actualidad debido a su gran capacidad para multiplicarse indefinidamente y diferenciarse a prácticamente cualquier tipo celular de cualquier tejido. Además, poseen también una habilidad muy especial y es que, bajo las condiciones adecuadas, estas células madre son capaces de autoorganizarse por sí solas y simular, hasta cierto punto, la arquitectura y la funcionalidad de diferentes órganos.

En la actualidad, los miniórganos son un paso intermedio entre los experimentos con los convencionales cultivos celulares en 2D y los experimentos con animales, con sus respectivas ventajas y desventajas. Así, a diferencia de los cultivos en 2D, los organoides tienen un funcionamiento más fisiológico y similar a nuestros órganos. La razón es bien sencilla: Nuestra naturaleza es tridimensional y todos los elementos biológicos presentes en nosotros funcionan en 3D. La comunicación y las interacciones entre las células son muy diferentes si están en 2D sobre una superficie plana que si están en 3D. Esto conlleva que la diferenciación de las células madres, su movimiento y la interacción entre ellas sean más realistas cuando forman parte de un miniórgano. 

Enfermedades

Comparado con los animales de laboratorio, los miniórganos son elementos menos complejos y más fáciles de estudiar mediante diferentes técnicas de imagen. Por otra parte, nos permiten conocer diferentes aspectos del desarrollo embrionario humano, así como también cómo ocurren diferentes enfermedades en ciertos órganos humanos. Muchas enfermedades que aparecen en los seres humanos no existen como tales de forma natural en los animales más usados en el laboratorio o tienen unas características muy diferentes. Así que los organoides nos permiten tener una visión adicional, más "humana", de estas dolencias.

Imágenes del microcerebro con el desarrollo retinal. ampliar foto
Imágenes del microcerebro con el desarrollo retinal. Nature

Lo anterior también se aplica a los tratamientos farmacológicos. Los organoides se presentan como una opción más para valorar la eficacia terapéutica y los posibles efectos adversos de fármacos en órganos concretos antes de los ensayos clínicos. Con la ventaja añadida de que pueden diseñarse experimentos de alto rendimiento con los que se pueden evaluar simultáneamente cientos o miles de compuestos en miniórganos humanos. Por otra parte, los organoides pueden almacenarse en biobancos, lo que garantiza su disponibilidad para usarlos cuando se requiera. 

En la actualidad, los científicos han conseguido crear organoides de intestino, hígado, endometrio, retina, pulmón, riñón, endometrio, placenta... Además, no son sólo los órganos humanos los que pueden recrearse en miniatura, también se están desarrollando minitumores humanos o tumoroides para estudiar su desarrollo y hacer screening de fármacos que actúen contra las células cancerosas. En ese sentido, se han generado con éxito minitumores de colón, próstata, mama y páncreas, entre otros. La gran ventaja es que estos tumoroides pueden crearse a partir de las células tumorales de un paciente que padece cáncer y así evaluar tratamientos personalizados. Esta evaluación de los fármacos no solo puede hacerse sobre tumoroides aislados, sino que estos minitumores humanos se pueden implantar en ratones o ratas con el sistema inmune deprimido para estudiar los efectos en un organismo, siendo un paso muy interesante como una fase preclínica.

Edición genética

No solo la medicina personalizada tiene un hueco entre los miniórganos humanos, las potentes herramientas de modificación genética, con CRISPR como su máximo exponente, también se combinan con la tecnología de creación de organoides. ¿Cómo? Los organoides permiten refinar y evaluar modificaciones genéticas dirigidas a tratar enfermedades que afectan a órganos concretos. Antes de llegar al paciente, los miniórganos sirven como pruebas de concepto, simulaciones simplificadas de los órganos humanos que dan la posibilidad de "entrenar". Es decir, de hacer ensayos de prueba y error sin que ningún ser humano tenga que estar en riesgo.

Existen multitud de ejemplos concretos sobre cómo los miniórganos humanos están ayudando al progreso de la medicina. Recientemente, investigadores crearon organoides de cerebro para descubrir que el virus del Zika siente debilidad por unas células del cerebro en particular: los progenitores neurales. Este virus reducía la proliferación y la viabilidad de estas células, siendo uno de los posibles mecanismos patológicos por los que se produce la microcefalia en bebés afectados.

Otro ejemplo de la utilidad de los organoides, es la creación de miniórganos de colón procedente de pacientes con fibrosis quística, una enfermedad genética hereditaria que afecta a múltiples órganos del cuerpo humano. Estos organoides de colón poseían la mutación genética que conlleva su funcionamiento anómalo. Lo que hicieron los científicos fue emplear la herramienta CRISPR para corregir la mutación presente en las células haciendo que estos organoides volvieran a estar "sanos". 

Hace dos años, investigadores crearon organoides de riñón que generan quistes, un rasgo característico de la enfermedad poliquística renal. A través de estos miniórganos, pudieron conocer elementos claves de progresión de la enfermedad. El año pasado, científicos establecieron un sistema de screening masivo para identificar fármacos dirigidos a evitar la formación de quistes en esta enfermedad mediante el uso de organoides renales.

A pesar de estos logros, como se suele decir: "la función acaba de empezar". Ahora mismo, los organoides cuentan con una serie de limitaciones que restringen su potencial: Las células madre no suelen madurar completamente a ciertos tipos celulares, aparecen tipos celulares que no deberían estar ahí y el ambiente celular que existe dentro de un organoide no es exactamente el que se da en un órgano humano. Son todavía simplificaciones de la realidad, con arquitecturas celulares sencillas y sin la presencia de vasos sanguíneos ni conexiones nerviosas (entre otros factores) que influyen sobre el funcionamiento de los órganos. Precisamente por ello, multitud de líneas de investigación se centran en aumentar la complejidad y el tamaño de los miniórganos para expandir sus posibilidades médicas. Sin duda, tendremos más noticias de estas miniaturas biológicas en los próximos años.

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