Los organoides: esos órganos en miniatura

Pubicado enCategoríasBiomedicina,Biotecnología
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Rocío Bautista Moreno, phD. Unidad de Bioinformática, Centro de Supercomputación y Bioinnovación. Universidad de Málaga

 

De la célula al órgano

A lo largo de la historia el principal objetivo de los científicos siempre ha sido entender cómo funcionan ciertos sistema, ya puedan ser simples, como una reacción química o bioquímica entre dos elementos, o complejos, como la respuesta funcional de un organismo frente a un factor externo, una enfermedad patogénica, la respuesta a un tóxico o un mal funcionamiento de algún proceso metabólico. En este sentido, los estudios realizados en modelos de células animales supusieron un gran avance en el campo de la biomedicina, y a día de hoy es una etapa crucial en el proceso de investigación. Estos cultivos se basan en la capacidad que tienen ciertos tipos de células de dividirse indefinidamente y diferenciase a distintos tipos celulares morfológica y funcionalmente, son las llamadas células madre (del inglés ‘Stem cells’, aunque existe algo de controversia con el uso de este término), lo que las convierten en un modelo de estudio muy eficaz. Son miles las líneas de células animales que se tienen a disposición la comunidad científica, y sobre las cuales se realizan estudios farmacológicos en cáncer, en enfermedades raras, en el desarrollo de vacunas, etc. Como dato llamativo, el número de líneas celulares establecidas en cáncer es tan grande que el Broad Institute ha desarrollado una enciclopedia — Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE)— para que los científicos puedan utilizar los modelos que más se ajusten a su estudio (https://depmap.org/portal/ccle/). Sin embargo, aunque los resultados obtenidos a partir de estas líneas celulares puedan parecer prometedores, no podemos olvidar que estos estudios obvian algo determinante, las células en un organismo se comunican entre ellas y con su entorno. Los sistemas pluricelulares son muy complejos, por lo que siempre es necesario la confirmación de estos resultados obtenidos in vitro en modelos animales, in vivo, con el consiguiente problema bioético que ello supone.

¿Existe la posibilidad de no utilizar modelos in vivo?

Es bastante complicado, sin embargo en los últimos años, los avances en el cultivo de células madre unido a la bioingeniería han conseguido desarrollar un modelo de crecimiento en tres dimensiones que permite a las células desarrollarse e interactuar entre ellas y con su entorno, como si lo hiciese en el cuerpo de un ser vivo, son los denominados organoides’. Esto nos acerca un poco más a lo que podría ocurrir en un organismo, así que estos organoides no son más que una versión en miniatura de un órgano.

¿Cómo se desarrolla un organoide?

En el desarrollo del organoide partimos de una o de un conjunto de células disociadas y con capacidad de dividirse. Éstas, se colocan en un medio de cultivo con el aporte nutricional y con los factores de crecimientos adecuados en función del tipo de organoide final. Una vez en fase de crecimiento se le administra un gel con una serie de sustratos capaces de emular a la matriz extracelular. Esta mezcla permite que se forme una estructura porosa de tal forma que las células puedan dividirse en varios niveles, como lo harían en el proceso de organogénesis en un ser vivo. En este punto, lo que obtenemos son una serie de esferas suspendidas en un medio capaces de diferenciarse en tipos celulares concretos en función de los factores de diferenciación utilizados. (Fig. 1).

Por este motivo se trata de un sistema más apropiado que las clásicas líneas celulares para estudios de biología del desarrollo y celular (como la organogénesis) e histología, así como para los estudios de procesos de tumorogénesis, de respuesta a fármacos o de medicina regenerativa.

Tipos de organoides

El primer organoide como tal fue desarrollado en el año 2009 por Sato y colaboradores  [1], donde describieron por primera vez los cultivos tridimensionales de células intestinales de ratón. Años mas tarde, en el año 2013, Lancartes & Knoblich [2] desarrollaron un organoide de cerebro humano para el estudio de desórdenes cerebrales. Desde ese momento se han desarrollado organoides a partir distintos tipos de tejido como: el intestino delgado, el colón y el hígado. Los avances han sido tan rápidos que en el año 2019 se presentó el primer sistema complejo formado por tres organoides: hígado, páncreas y tracto biliar [3]. Y como no, se han desarrollado organoides de pulmón  para el estudio de la fisiopatología de la infección por SARS-Cov-2 [4, 5]. En la Fig.2 se muestra un ejemplo de distintos tipos de organoides.

Así pues, los organoides se presentan como una herramienta muy útil y prometedora en el campo de la biomedicina por sus múltiples aplicaciones en la búsqueda de nuevos fármacos, en el desarrollo de las terapias regenerativas o en la validación de los procesos de edición genética con CRISPR, sin olvidar de la capacidad que van a tener de reducir el uso de animales para la experimentación.

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Referencias:

[1] Sato, T., Vries, R., Snippert, H. et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature 459, 262–265 (2009). https://doi.org/10.1038/nature07935.
[2] Lancaster, M., Renner, M., Martin, C. et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature 501, 373–379 (2013). https://doi.org/10.1038/nature12517
[3] Koike, H., Iwasawa, K., Ouchi, R. et al. Modelling human hepato-biliary-pancreatic organogenesis from the foregut–midgut boundary. Nature 574, 112–116 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1598-0
[4] Suzuki T, Itoh Y, Sakai Y, et al. Generation of human bronchial organoids for SARS-CoV-2 research. bioRxiv; 2020. DOI: 10.1101/2020.05.25.115600.
[5] Kazuo Takayama. In Vitro and Animal Models for SARS-CoV-2 research, Trends in Pharmacological Sciences, Volume 41, Issue 8, 2020, Pages 513-517, ISSN 0165-6147, https://doi.org/10.1016/j.tips.2020.05.005.