Los bioingenieros de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, han creado intestinos en miniatura en laboratorio que se adaptan anatómica y funcionalmente al objeto real mejor que cualquier otro modelo de tejido cultivado en laboratorio. La complejidad biológica y la longevidad de la nueva tecnología de organoides es un paso importante para permitir las pruebas de fármacos, la medicina personalizada y, quizás, algún día, los trasplantes, según publican en la revista ‘Nature’.

Los organoides se están convirtiendo rápidamente en una de las herramientas más avanzadas de las ciencias biológicas modernas. La idea es utilizar células madre para construir tejidos y órganos en miniatura que se asemejen y se comporten con precisión como sus contrapartes reales.

Sus posibilidades pasan desde la investigación biológica básica hasta el desarrollo y la prueba de fármacos, los organoides podrían complementar las pruebas en animales proporcionando tejidos humanos sanos o enfermos, acelerando el largo viaje del laboratorio al ensayo clínico. Más allá de eso, ya se prevé que la tecnología organoide quizás se esté utilizando para reemplazar tejidos dañados o incluso órganos en el futuro: tomar células madre del paciente y desarrollarlas en un nuevo hígado, corazón, riñón o pulmón.

Hasta ahora, los métodos establecidos para fabricar organoides presentan considerables inconvenientes: las células madre se desarrollan de forma incontrolada en tejidos circulares y cerrados que tienen una vida corta, así como un tamaño y una forma no fisiológicos, todo lo cual da lugar a una incoherencia anatómica y/o fisiológica general con los órganos de la vida real.

Ahora, los científicos del grupo dirigido por Matthias Lütolf, del Instituto de Bioingeniería de la EPFL, han encontrado una manera de «guiar» las células madre para formar un organoide intestinal que se ve y funciona como un tejido real.

El método aprovecha la capacidad de las células madre para crecer y organizarse a lo largo de un andamiaje en forma de tubo que imita la superficie del tejido nativo, colocado dentro de un chip microfluídico (un chip con pequeños canales en los que se pueden manipular con precisión pequeñas cantidades de fluidos).

Los investigadores de la EPFL utilizaron un láser para esculpir este andamio en forma de intestino dentro de un hidrogel, una mezcla suave de proteínas entrecruzadas que se encuentran en la matriz extracelular del intestino que sostiene las células en el tejido nativo. Además de ser el sustrato sobre el que podrían crecer las células madre, el hidrogel también proporciona la forma o «geometría» que construiría el tejido intestinal final.

Una vez sembradas en el andamio en forma de intestino, en cuestión de horas, las células madre se esparcen por el andamio, formando una capa continua de células con sus estructuras de cripta características y dominios en forma de vellosidades. Luego vino la sorpresa: los científicos descubrieron que las células madre simplemente «sabían» cómo organizarse para formar un intestino diminuto funcional.

«Parece que la geometría del andamio de hidrogel, con sus cavidades en forma de cripta, influye directamente en el comportamiento de las células madre para que se mantengan en las cavidades y se diferencien en las áreas externas, al igual que en el tejido nativo», dice Lütolf.

Las células madre no solo adoptaron la forma del andamio, sino que produjeron todos los tipos de células diferenciadas clave que se encuentran en el intestino real, con algunos tipos de células raras y especializadas que normalmente no se encuentran en los organoides.

Los tejidos intestinales son conocidos por tener las tasas de renovación celular más altas en el cuerpo, lo que resulta en una cantidad masiva de células muertas que se acumulan en la luz de los organoides clásicos que crecen como esferas cerradas y requieren descomponerse semanalmente en pequeños fragmentos para mantenerlos en cultivo.

«La introducción de un sistema de microfluidos nos permitió perfundir de manera eficiente estas mini tripas y establecer un sistema organoide homeostático de larga duración en el que el nacimiento y la muerte de las células están equilibrados», señala Mike Nikolaev, primer autor del artículo.

Los investigadores demuestran que estos intestinos en miniatura comparten muchas características funcionales con sus homólogos in vivo. Por ejemplo, pueden regenerarse después de un daño tisular masivo y pueden usarse para modelar procesos inflamatorios o interacciones huésped-microbio de una manera que antes no era posible con ningún otro modelo de tejido cultivado en el laboratorio.

Además, este enfoque es ampliamente aplicable para el crecimiento de tejidos en miniatura a partir de células madre derivadas de otros órganos como el pulmón, el hígado o el páncreas, y de biopsias de pacientes humanos.

«Nuestro trabajo muestra que la ingeniería de tejidos se puede utilizar para controlar el desarrollo de organoides y construir organoides de próxima generación con gran relevancia fisiológica, lo que abre perspectivas interesantes para el modelado de enfermedades, el descubrimiento de fármacos, el diagnóstico y la medicina regenerativa», apunta Lütolf.

Fuente: infosalus.com