Un equipo del Instituto de Biomedicina de Guangzhou (China) en que participa el español Miguel Ángel Esteban, ha logrado por primera vez desarrollar embrionariamente un riñón humanizado dentro de un cerdo. El avance, publicado en Cell Stem Cell, supone un paso más en la complicada carrera por conseguir el cultivo de órganos humanos en otras especies, con el fin de tener una especie de ‘granjas’ para trasplantes.
En este caso, para lograrlo, han utilizado células madre capaces de convertirse en diferentes tejidos. Las editaron genéticamente con la técnica de corta-pega CRISPR Cas9. De esa manera, por un lado, les quitaron las instrucciones que pudieran inducirlas al suicidio (apoptosis). Por otro, las convirtieron en células denominadas naive, es decir, parecidas a las primeras células embrionarias humanas, mediante su cultivo en un medio especial. Estamos hablando de cultivo de células, no de órganos, en este punto.
Por otro lado, se desarrolló un embrión de cerdito. Pero antes del implante celular, el equipo creó un nicho dentro de ese embrión para que las células humanas no tuvieran que competir con las del animal. Se procedió, entonces, al cultivo en sustratos especiales y adaptados a cada especie de esos embriones, considerados ya quimeras, esto es, parte cerdo, parte humano.
De la placa, al útero. Los embriones fueron implantados en 13 cerdas. Pero los embarazos no se llevaron a término. A los 25 y 28 días, se interrumpió la gestación por parte de los investigadores. Sacaron los embriones para evaluar si esas quimeras habían logrado producir riñones humanizados. Y vieron que se había dado con éxito el cultivo de diez órganos en desarrollo en cinco embriones viables.
No llegaron a ser órganos cultivados desarrollados, pero todos iban a ser viables
Esos órganos parcialmente cultivados son, casi literalmente, mitad humano, mitad cerdo. Resultaron riñones estructuralmente normales para su fase de desarrollo y estaban compuestos por entre un 50% y un 60% de células humanas.
Eso sí, no eran riñones plenamente formados y listos para un trasplante. A las cuatro semanas de desarrollo, se suele hablar de ‘mesonefros’ (la considerada segunda fase del desarrollo renal). Habían formado túbulos y brotes de células que acabarían convirtiéndose en uréteres.
Los investigadores decidieron centrarse en los riñones porque son uno de los primeros órganos en desarrollarse y también son los que más se trasplantan en medicina humana.
Debido a que los órganos no están compuestos de un solo linaje celular, para tener un órgano donde todo provenga del ser humano, “probablemente necesitaríamos diseñar los cerdos de una manera mucho más compleja y eso también trae algunos desafíos adicionales)”, precisa Miguel Ángel Esteban desde Guangzhou.
Hasta la fecha sólo se habían desarrollado tejidos sueltos: recubrimiento de venas y arterias humanas en embriones de cerdo, en 2020. O músculos humanizados en embriones de cerdo. Pero no órganos enteros. Aunque, en el caso del equipo chino, tampoco han fabricado riñones plenamente desarrollados porque pararon antes el experimento.
Actualmente, en la práctica clínica habitual no se realizan trasplantes completos de órganos de otros animales en personas, más que a título experimental. Fue el caso de David Bennet, quien en 2022 recibió un corazón de cerdo modificado genéticamente para evitar el rechazo. Desafortunadamente, murió poco después por un virus porcino. Poco antes, se intentó en una mujer, que vivió 54 horas con un riñón de cerdo.
Sí es habitual y exitoso el trasplante de tejidos o partes de órganos que provienen de animales. Es el caso de las válvulas de corazón. Tanto en uno como otro caso se suele hablar de xenotrasplantes (órganos de un animal que se sacrifica para donarlos a un humano). Pero los xenotrasplantes no tienen que ver con el cultivo de órganos o quimeras que propone el equipo chino u otros científicos, como el español Juan Carlos Izpisúa.
Cultivo humanizado, más allá de los xenotraspantes de órganos animales
Explicaba a Newtral.es el biotecnólogo y experto en edición genética Lluis Montoliu (CNB-CSIC) en este pódcast que hay varios equipos desarrollando tecnologías de xenotrasplantes. Hasta el momento, entre los mayores éxitos está el trasplante de órganos de cerdos a babuinos: seis meses con riñones y casi tres años con corazones. Pero lo que propone el equipo de Guangzhou es muy distinto, puesto que pasa por el cultivo de órganos a la carta antes de trasplante.
“La integración de células madre humanas en embriones de cerdo ha sido un reto porque las de cerdo superan a las células humanas y tienen diferentes necesidades fisiológicas”, explica el autor principal del trabajo, Guangjin Pan. “Hemos estado trabajando en mecanismos para superar la baja eficiencia de las quimeras entre especies identificando un par de factores críticos”, señala por correo electrónico.
Por su parte, Miguel Ángel Esteban comenta que llevan trabajando en este proyecto desde hace cinco años. Destaca que este método “tiene como finalidad crear órganos humanos en cerdos con células de un paciente determinado. Esto evitaría los riesgos de rechazo inmunitario que, por ahora, sí tienen los xenotrasplantes”, explica a Ana Hernando en Agencia Sinc.
Estos avances están claramente encaminados a la producción de órganos en cultivo dentro de otras especies. Biotecnológicamente, conectan en parte con otros desarrollos, como los de blastoides y embriones artificiales, si bien su finalidad es totalmente distinta. En casos como el conocido este 2023, en que unas monas empezaron a gestar una especie de embriones artificiales, el objetivo es saber más de las primeras etapas del desarrollo de un ser vivo.
Otro abordaje distinto es el de la creación de organoides. Estos son una especie de simulaciones de órganos reales pero fuera de cualquier ser vivo. Por el momento, su uso está limitado a la investigación sobre su desarrollo o probar fármacos ex vivo. En 2019 se presentó un sistema hepático-biliar cultivado en agua:
¿Pueden esas células madre empezar a formar otros tejidos humanos en el animal?
El equipo también investigó si las células humanas contribuían a otros tejidos de los embriones, lo que ocasionaría problemas desde el punto de vista ético. En este sentido, Esteban comenta que encontraron “muy pocas células humanas en otros tejidos y que estas se localizaron principalmente en los riñones”.
Uno de los retos es que esas células humanas no empiecen a formar otros tejidos en el cerdo, como los neuronales.
“Las implicaciones éticas podrían producirse, sobre todo, si las células fuesen muchas o estuvieran en linajes comprometidos como el neuronal y germinal, y, especialmente, si estos cerdos llegaran a nacer”, explica Esteban a Hernando.
“De todos modos —añade— estamos siendo muy cautos y moviendo todo paso a paso para evitar sorpresas. Una de nuestras soluciones es modificar genéticamente las células humanas para que no puedan producir esos linajes comprometidos dentro del embrión de cerdo”, aclara. También están enfocando, ahora, sus esfuerzos en otros órganos como el corazón o el páncreas.
Retos biológicos y éticos del cultivo de órganos, por Rafael Matesanz
A través del SMC de España, el fundador de la Organización Nacional de Trasplantes Rafael Matesanz valora el avance de este equipo, que sigue la estela marcada por el español Juan Carlos Izpisúa, quien en 2017 presentó los primeros embriones quiméricos. Los trabajos previos encontraron limitaciones técnicas y legales en Europa y Estados Unidos que en China han podido sortear.
“Dentro de la larga marcha de la investigación biomédica, iniciada ya el pasado siglo, por desarrollar un modelo de producción de órganos aptos para trasplante mediante la utilización de cerdos como animal vehicular, el grupo aporta en este trabajo avances importantes en una de las vías que más interés ha suscitado a lo largo de los últimos años.
Se trata de la creación de quimeras embrionarias humano-cerdo empleando células madre pluripotentes, de manera que los animales pudieran servir como incubadoras de unos hipotéticos órganos a la carta creados a partir de las células del propio enfermo, con lo que se obviarían los riesgos de rechazo.
Dentro de esta línea de investigación que se ha venido desarrollando durante la última década, destaca la figura del científico albaceteño afincado en California Juan Carlos Izpisúa, así como la del japonés Hiromitsu Nakauchi. Con las investigaciones de Izpisúa se demostró la posibilidad de hibridación entre dos especies aparentemente parecidas, pero genéticamente muy diferentes, como el ratón y la rata —consiguiendo que en esta se desarrollaran órganos de ratón, incluso la vesícula de la que las ratas carecen.
Siguiendo con esta línea, en 2017, en colaboración con la Universidad Católica de Murcia, Izpisúa publica en Cell por primera vez la creación de embriones quiméricos humanos en animales de gran tamaño, en concreto cerdos. Implantados en hembras de esta especie, se les dejó crecer hasta las tres semanas ante la imposibilidad legal en España de seguir adelante. No se formó ningún órgano, pues el objetivo era tan solo demostrar que las células humanas se podían integrar en una especie alejada de la humana.
Ya entonces se señalaron varios problemas serios a la hora de continuar las investigaciones. Por una parte, la baja eficiencia de la técnica, ya que tan solo prendió poco más del 1% de los embriones implantados, un porcentaje muy bajo para los fines pretendidos. Por otra, para desarrollar riñones u otros órganos humanizados en el interior de los cerdos es preciso que estos no desarrollen los suyos propios, para lo que se precisan manipulaciones específicas con supresión de los genes responsables.
Además, la creación de híbridos humano-animal, a partir de cierto estadio, choca con severos problemas éticos y legales en la mayoría de los países. De hecho, en 2019 los mismos autores publican en Nature la creación de embriones híbridos de humano y mono, pero trasladando la investigación a China (ni en USA ni en España habría sido posible) y deteniendo el experimento en la semana 14 por ser el momento en que comienza el desarrollo del sistema nervioso central, con el riesgo que ello implica. Al mismo tiempo, Nakauchi, a caballo entre Tokio y Stanford, consiguió permiso del gobierno japonés para crear embriones híbridos de células humanas con animales, en este caso con ratas, implantarlas en dichos animales y llevar la gestación a término.
Pues bien, el artículo que nos ocupa está dirigido a encontrar soluciones a muchos de los obstáculos antes reseñados. Llevado a cabo en China por las razones antes señaladas, es la primera vez que se crea todo un órgano quimérico humano–cerdo utilizando este animal como incubadora.
Sacrificados los animales a los 25-28 días, se extrajeron unos riñones con una estructura normal y un 50-60% de células humanas, algo sin duda muy prometedor.
Para ello crearon un ‘nicho’ en el embrión porcino mediante la supresión con la técnica CRISPR de dos genes de los que depende la formación del riñón, con el fin de que las células humanas no tuvieran que competir con las porcinas. Utilizaron células humanas pluripotentes específicamente preparadas e hicieron crecer los embriones antes de su implantación en medios de cultivo especiales.
Con estas medidas aumentó en gran medida la eficiencia del procedimiento, que era uno de los puntos débiles de estos experimentos. Además, se pudo comprobar que la presencia de células humanas fuera del ‘nicho’ era muy limitada. Esto es muy importante, porque la invasión de los tejidos reproductores o del sistema nervioso central, con el consiguiente riesgo de creación incontrolada de híbridos humano–cerdo, ha sido uno de los principales problemas éticos de estos procedimientos.
Los siguientes pasos anunciados serán dejar crecer los embriones durante más tiempo y comenzar a hacer lo mismo con otros órganos y tejidos, aunque sin duda el riñón es el órgano más solicitado para trasplante. Los propios autores reconocen que para el uso clínico de esta tecnología faltan años, pero se trata de un logro muy importante en el camino de lograr una producción ilimitada de órganos para trasplante”.
* Rafael Matesanz es nefrólogo jubilado y asesor de la OMS
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