Un grupo de investigadores del Instituto de Biomedicina y Salud de Guangzhou, China, ha logrado crear por primera vez embriones de cerdo cuyos riñones contenían un 50-60% de células humanas, y que, tras 28 días de gestación en madres sustitutas porcinas, mostraban una estructura normal para su fase de desarrollo.
Aunque en estudios anteriores se habían utilizado métodos similares para generar tejidos humanos como sangre o músculo esquelético en cerdos, es la primera vez que logran cultivar un órgano sólido humanizado dentro de otra especie, según publican en la revista Cell Stem Cell.
Hasta ahora, se habían producido órganos de rata en ratones y viceversa, pero los intentos de cultivar órganos humanos en cerdos no habían tenido éxito.
El reto de integrar dos tipos de células
Los investigadores, que se han centrado en riñones por ser uno de los primeros órganos en desarrollarse y los más trasplantados en humanos, han desarrollado con éxito esos embriones quiméricos y los han transferido a cerdas. Durante la gestación, los riñones humanizados en desarrollo presentaban una estructura y una formación de túbulos normales al cabo de 28 días.
Sin embargo, integrar células madre humanas en embriones porcinos ha sido un reto, ya que las células porcinas superan a las humanasy las células porcinas y humanas tienen necesidades fisiológicas diferentes.
"Hemos estado trabajando en mecanismos para superar la eficiencia extremadamente baja en la quimera interespecies", ha explicado el autor principal del estudio, Guangjin Pan, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou. "Identificamos un par de factores críticos que potencian la formación de quimeras interespecíficas al facilitar la competencia celular".
Una técnica que mejora la integración de las células
Los investigadores han llevado a cabo un enfoque que mejora la integración de las células humanas, según ha explicado a la revista el coordinador del estudio, Liangxue La.
El primer paso fue la creación de un “nicho” dentro del embrión porcino para que las células humanas no tuvieran que competir con las de cerdo. Para ello, usaron la herramienta de edición genética CRISPR, con la que diseñaron un embrión unicelular porcino al que le faltaban dos genes necesarios para el desarrollo renal.
Después, los investigadores modificaron células madre pluripotentes humanas, células que tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula, para hacerlas más susceptibles a la integración y menos propensas a la autodestrucción. A continuación, las convirtieron en células "ingenuas" parecidas a las primeras células embrionarias humanas, cultivándolas en un medio especial.
En tercer lugar, antes de implantar los embriones en desarrollo a las cerdas, los investigadores cultivaron las quimeras en condiciones optimizadas para proporcionar nutrientes y señales únicas tanto a las células humanas como a las porcinas.
1.820 embriones a 13 animales
En total, se transfirieron 1.820 embriones a 13 animales y, al cabo de un periodo de entre 25 o 28 días, interrumpieron la gestación y extrajeron los embriones para evaluar si las quimeras habían logrado producir riñones humanizados.
Se analizaron cinco embriones quiméricos (dos de 25 días de implantación y tres de 28 días) en los que los riñones humanizados eran “estructuralmente normales para su fase de desarrollo y estaban compuestos por un 50-60 % de células humanas”.
Los riñones estaban en la segunda fase del desarrollo renal y habían formado túbulos y brotes de células que acabarían convirtiéndose en uréteres que conectaban el riñón con la vejiga.
Investigaron si había células humanas en otros tejidos
Asimismo, el equipo investigó si había células humanas en otros tejidos de los embriones, lo cual podría tener implicaciones éticas, sobre todo si se encontraba una gran cantidad en tejidos neurales o de la línea germinal y los cerdos llegaran a término. Sin embargo, las células humanas se encontraban sobre todo en los riñones, el resto del embrión se componía de células porcinas.
“Si se crea un nicho en el embrión porcino, las células humanas van a parar de forma natural a esos espacios", ha explicado el autor principal, Zhen Dai. El investigador ha asegurado que vieron “muy pocas” células neuronales humanas en el cerebro y la médula espinal y “ninguna” en la cresta genital.
Los investigadores quieren ahora permitir que los riñones humanizados se desarrollen durante más tiempo y trabajan para generar otros órganos humanos en cerdos, como el corazón y el páncreas. El objetivo a largo plazo es optimizar la tecnología aplicada para el trasplante de órganos humanos, aunque será complejo y puede llevar muchos años.
Mientras tanto, los avances pueden utilizarse para estudiar el desarrollo de órganos humanos y enfermedadesdel desarrollo.
"Antes de que lleguemos a ese estado tardío de fabricar órganos que puedan estar en la estantería para la práctica clínica, este método proporciona una ventana para estudiar el desarrollo humano", ha señalado el autor principal, Miguel A. Esteban, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou.