Científicos están cultivando con éxito riñones humanos dentro de embriones de cerdo

(CNN) – Los científicos han cultivado riñones que contienen principalmente células humanas dentro de embriones de cerdo, un paso importante hacia el crecimiento de riñones y potencialmente de otros órganos humanos que podrían usarse para trasplantes en personas.

La técnica, descrita en un nuevo estudio publicado el jueves en la revista científica Cell Stem Cell, implica alterar la composición genética de embriones de cerdo y luego inyectar células humanas que luego producirán un riñón dentro de los animales. Los investigadores involucrados dijeron que es la primera vez que los científicos han podido desarrollar un órgano humanizado sólido dentro de otra especie.

Según el estudio, los embriones, cuando se implantaron en madres sustitutas porcinas, comenzaron a desarrollar riñones que contenían principalmente células humanas que tenían una estructura normal después de 28 días de desarrollo.

“Nos tomó cinco años”, dijo el autor principal del estudio, Miguel Esteban, investigador principal del Instituto de Biomedicina y Salud de Guangzhou de la Academia de Ciencias de China.

“Modificamos genéticamente al cerdo para crear un espacio para que las células humanas crezcan con menos competencia de las células de cerdo, y también modificamos las células humanas para hacerlas sobrevivir en un ambiente que no era el natural”, dijo Esteban por correo electrónico.

Los riñones son los órganos más comúnmente trasplantados en humanos, con más de 88,500 personas esperando un trasplante en los Estados Unidos, según la Organ Procurement and Transplantation Network.

El objetivo de la investigación experimental es utilizar esta tecnología para fabricar órganos a partir de células de un paciente individual, utilizando los cerdos esencialmente como incubadoras, lo que resulta en un riesgo mucho menor de rechazo. Sin embargo, podría llevar años y sería un proceso complejo, enfatizaron los autores.

“En última instancia, nos gustaría producir órganos humanos maduros que puedan usarse para trasplantes o modelos de enfermedades, pero esto llevará tiempo y probablemente enfrentaremos barreras técnicas adicionales a medida que avancemos“, dijo Esteban. “Sin embargo, creemos que es posible”.

El equipo también está trabajando para generar otros órganos humanos en embriones de cerdo, incluidos el corazón y el páncreas.

“El artículo describe pasos pioneros en un nuevo enfoque de bioingeniería de órganos utilizando cerdos como incubadoras para el crecimiento y cultivo de órganos humanos”, dijo en un comunicado Dusko Ilic, profesor de ciencias de células madre en el King’s College de Londres. No participó en la investigación.

Organismo quimera

No es la primera vez que los científicos crean una quimera humano-cerdo: un organismo que contiene ADN de dos especies diferentes que llevan el nombre del mítico monstruo griego. Un equipo de científicos entre los que se encontraba Jun Wu, profesor asociado del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas, lo hizo en 2017 . Wu calificó el último estudio de “alentador” e “importante”.

Mary Garry, bióloga celular del Instituto del Corazón Lillehei de la Universidad de Minnesota, ha creado embriones en parte humanos y en parte de cerdo con tejido muscular y endotelio humanos, una membrana que recubre los vasos sanguíneos y cardíacos. Ella no participó en el estudio.

“Es la primera vez que se reporta un riñón humanizado y es importante que cada modelo de órgano esté completamente caracterizado”, afirmó. “Sin embargo, es imperativo que se demuestre definitivamente que el tejido/órgano es humano y, en este estudio, eso no está claro actualmente”.

Esteban dijo que también había células de cerdo en el riñón humanizado, pero las células humanas dominaban, representando entre el 60% y el 70%.

“Es notable ver que alrededor del 60% del riñón primordial del cerdo contenía células humanas“, dijo Wu. “En nuestro estudio, el nivel de contribución de las células humanas es muy bajo, y este estudio logró mejorar la contribución quimérica de las células humanas y, lo que es más importante, (concentrarlas) en el riñón”.

Si se permitiera que la gestación continuara, añadió Esteban, es posible que la proporción de células humanas en el riñón aumentara y potencialmente formara todo el órgano excepto la vasculatura.

“En última instancia, producir riñones maduros (con) todas las células humanas requeriría una mayor manipulación genética del embrión del cerdo huésped, pero se puede hacer”, dijo.

Lo que hicieron los investigadores

Para generar riñones compuestos principalmente de células humanas en cerdos, los científicos utilizaron técnicas de vanguardia aprovechando los avances en células madre, edición genética y embriología.

Primero, utilizaron la edición de genes CRISPR para alterar la composición genética de los embriones de cerdo de modo que les faltaran dos genes necesarios para el desarrollo de los riñones.

En segundo lugar, los investigadores diseñaron células pluripotentes humanas (que se utilizan ampliamente en la investigación biológica y pueden convertirse en cualquier tipo de célula humana) para que se pareciera a las primeras células embrionarias humanas y las inyectaron en el embrión de cerdo alterado.

En tercer lugar, los investigadores descubrieron las condiciones óptimas de laboratorio para proporcionar los nutrientes y señales adecuados a las células humanas y porcinas, que tienen diferentes necesidades. Después de seis o siete días, implantaron los embriones en desarrollo en cerdas sustitutas durante 28 días.

“Fue un desafío lograr que las células se adaptaran al entorno del embrión de cerdo y se diferenciaran fielmente en el linaje del riñón”, dijo Esteban.

Cuando se transfirieron a madres porcinas sustitutas, los riñones humanizados en desarrollo tenían “estructura y formación de túbulos normales” después de 28 días, dijo el equipo.

“Es un riñón en etapa media de desarrollo, por lo tanto subdesarrollado, no un riñón maduro”, dijo Esteban. “Sin embargo, este es un gran paso adelante, ya que nos anima a nosotros y a otros investigadores a pensar que es posible producir un riñón maduro una vez que se resuelvan otros obstáculos técnicos”.

Consideraciones éticas

Consideraciones éticas rodean este tipo de investigación. Estos incluyen el bienestar animal y la preocupación de que las células humanas puedan participar no sólo en la formación del riñón sino también en otros tejidos dentro del cerdo, como el cerebro, lo que plantea la posibilidad de que los experimentos puedan afectar el comportamiento del animal.

“La principal preocupación sería si hubiera mucha contribución de células humanas a linajes no deseados y los cerdos llegaran a término, lo que obviamente tampoco hicimos”, dijo Esteban.

“Es muy importante señalar que hubo muy poca contribución de células humanas a otros linajes aparte del riñón. Vimos muy pocas células humanas en el sistema nervioso central y ninguna en la línea germinal (células reproductivas)”.

Añadió: “Somos muy reflexivos con lo que hacemos y estamos avanzando con mucha cautela y paso a paso en esta investigación para evitar cualquier controversia ética“.

Un enfoque diferente al xenotrasplante

El trabajo de Esteban y su equipo es un enfoque diferente al xenotrasplante: el uso de tejidos u órganos no humanos para tratar afecciones médicas en humanos.

En los últimos años, al menos dos equipos distintos de investigadores han trasplantado riñones de cerdo a humanos con muerte cerebral . Sin embargo, se necesita más trabajo, incluidos estudios en receptores humanos vivos, para establecer si los trasplantes de riñón de cerdo podrían ser un salvavidas para las personas con enfermedad renal en etapa terminal.

“Este (nuevo) trabajo es diferente del enfoque de xenotrasplante existente y tiene como objetivo generar órganos compuestos principalmente de células humanas en cerdos”, dijo Wu.

“Será ventajoso en futuros estudios combinar ambos y enriquecer órganos de cerdo genéticamente modificados con células humanas para hacerlos más parecidos a los humanos”.

Joseph A. Vassalotti, director médico de la Fundación Nacional del Riñón de EE. UU. y profesor clínico de la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai, dijo que si bien estos enfoques inspiran asombro y entusiasmo, la investigación más reciente es un paso gradual en un largo proceso.

“Felicito a los investigadores por realizar investigaciones complejas y fascinantes; tenemos que comprender la perspectiva general”, dijo Vassalotti por correo electrónico. “Si desarrollar un riñón ‘humanizado’ en un cerdo y trasplantarlo a un ser humano es como un edificio de diez pisos, entonces quizás los investigadores hayan agregado varios ladrillos”.