CREAN MINICEREBROS A PARTIR DE CÉLULAS MADRE HUMANAS PARA EL ESTUDIO DE ENFERMEDADES NEUROLÓGICAS

El desarrollo del cerebro humano es uno de los grandes misterios de la biología, pero un grupo de investigadores austriacos y británicos presentan una técnica para generar tejido cerebral que ayudará a avanzar en su estudio.

El equipo, liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido crear organoides cerebrales partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes. 

Jürgen Knoblich, del IMBA afirma que han generado un neuroectodermo, una capa de células de la que se deriva el sistema nervioso. Los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de andamiaje para que pueda crecer. Para favorecer la absorción de los nutrientes, se transfirieron después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya estaban formadas y definidas las regiones cerebrales.

En los organoides cerebrales resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).

Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente,en la actualidad hasta 10 meses, en el biorreactor giratorio. Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide. 

En cualquier caso, estos tejidos cerebrales en 3D se asemejan a las primeras etapas de formación del cerebro humano, por lo que facilitan los estudios sobre la evolución de este órgano esencial. Además, el método permite estudiar algunas enfermedades neurológicas humanas de una forma que no lo hacen los modelos con ratas u otros animales de laboratorio, cuyo cerebro es menos complejo.

En concreto, los investigadores han logrado identificar y modelar con su técnica un trastorno que afecta el desarrollo normal del cerebro: la microcefalia, que conduce a tener un cerebro más pequeño en las personas que lo padecen. Los autores sugieren que las células defectuosas que aparecen en los pacientes no experimentan el mismo crecimiento en los ratones, lo que podría explicar por qué los modelos en animales han sido incapaces de recoger la gravedad de este trastorno como se observa en los seres humanos.

CREAN HUESOS A PARTIR DE CÉLULAS MADRE DERIVADAS DE LA PIEL

Un equipo de científicos aseguran haber generado sustitutos óseos de pacientes gracias a células de la piel para reparar grandes defectos en el hueso. El estudio supone un avance en los tratamientos reconstructivos personalizados para pacientes con defectos óseos resultantes de enfermedad o trauma que facilitará el desarrollo de injertos de hueso en tres dimensiones, combinados para adaptarse a las necesidades específicas y el perfil inmunológico de cada paciente.

A partir de células de la piel, los científicos han logrado reprogramar las células adultas para convertirlas en un estado similar al embrionario; así, las células resultantes son células madres pluripotentes inducidas (iPS) y son portadoras de la misma información genética que el paciente, además de poder convertirse en cualquier tipo de células humanas.

El siguiente paso fue programar a estas células para que se convirtieran en células progenitoras formadoras de hueso y, a continuación, los científicos sembraron las células en un andamiaje para la formación de hueso tridimensional. En concreto, los científicos colocan las construcciones en un dispositivo llamado biorreactor, que proporciona nutrientes, elimina los desechos y estimula la maduración, simulando un entorno de desarrollo natural.

Estudios previos ya habían demostrado el potencial de formación de huesos de otras fuentes celulares, aunque todavía es pronto para su traslado a la clínica. El problema radica en que aunque las células madre de médula ósea de un paciente pueden formar tejido óseo y cartilaginoso, no son capaces de generar la vasculatura subyacente y compartimentos nerviosos; además, los huesos derivados de células madre embrionarias pueden inducir un rechazo inmunológico. Para evitar estas limitaciones, los investigadores decidieron trabajar con células iPS.

Para el tratamiento de los defectos y lesiones óseas se emplean actualmente injertos óseos obtenidos a partir del propio paciente, de un banco de hueso de donante o gracias sustitutos sintéticos. Sin embargo, ninguno de estos permite la reconstrucción compleja y pueden provocar rechazo inmunológico para integrarse con los tejidos circundantes conectivos. Para los pacientes que sufren de traumatismos o lesiones vehiculares, estos tratamientos tradicionales proporcionan una mejora funcional y estética.

Antes de usar su técnica en animales, los investigadores verificaron en el laboratorio si funcionaba. Al comprobar que generaba hueso, los investigadores evaluaron la estabilidad cuando se trasplantaron células iPS derivadas en un modelo animal. El riesgo que hay con las células iPS no diferenciadas es que pueden formar teratomas, un tipo de tumor. Después de implantar las iPS derivadas de células de sustitutos óseos bajo la piel de ratones inmunodeficientes, a las 12 semanas, no había señales de tumores malignos, y sí que células de los vasos sanguíneos se integraban a lo largo de los injertos, lo que indica la estabilidad de los sustitutos óseos.

Los científicos advierten que si bien estos resultados representan un avance importante, se necesita una mayor investigación antes de que los injertos óseos derivados de células de la piel lleguen a los pacientes. Los próximos pasos incluyen la optimización del protocolo y el éxito del crecimiento de los vasos sanguíneos dentro del hueso. 

CREAN BIORREACTOR PARA CREAR MEMBRANAS ARTIFICIALES QUE SUSTITUYEN LA PIEL

Luego de varios años, los integrantes del Grupo de Trabajo en Ingeniería de Tejidos (GIT)  de la Universidad Nacional de Colombia, lograron fabricar una versión local de un biorreactor spinner que recrea las condiciones óptimas para el cultivo a gran escala de membranas artificiales.

Este es un equipo que ofrece unas condiciones ambientales de aislamiento que permiten cultivar fibroblastos, las células propias de tejidos conectivos del cuerpo (epidermis, dermis y cartílagos, etc.). El aparato puede funcionar sin utilizar una incubadora, como tradicionalmente sucede.

Los investigadores cultivan células y soportes de colágeno (superficie donde crecen los fibroblastos) para crear sustitutos que restauren las funciones que hayan perdido seres humanos o animales. Estos resultan de gran utilidad para reemplazar tejidos dañados cuya cicatrización natural es difícil. 

El reto es obtener productos sanos, sin daños en el patrón cromosómico. Para eso, se debe propiciar una eficaz división celular (mitosis) en el laboratorio, tal como sucede en un ser vivo. Este es un punto crucial, pues una inadecuada manipulación del material puede originar fallas que lo inhabilitarían para ser usado en humanos. 

“Tratamos de hacer por fuera lo que la naturaleza ha hecho tan bien. Trabajamos con mucosa oral y úlceras, pero siempre habíamos estado limitados por los equipos. Ahora, con los nuevos desarrollos del laboratorio, modificamos las condiciones y podemos producir tejido a gran escala”, asegura Martha Fontanilla, doctora en Ciencias Biomédicas y líder del GIT. Y es que, en la actualidad, uno de los desafíos más urgentes de la Ingeniería de Tejidos es cultivarlos en grandes volúmenes, para beneficiar a una mayor cantidad de personas.

Los procesos bioquímicos y biológicos que se desencadenan gracias a la acción del biorreactor se encuentran controlados y permiten elaborar tejidos artificiales con características superiores a las de los cultivos estáticos (por ejemplo, una incubadora celular). Así, se desarrollan soportes grandes, un ambiente mejor controlado y una mayor área de cultivo.

Asimismo, el equipo permite el crecimiento de células de fibroblastos en mallas de colágeno. Y, a través de agitación continua, efectúa una distribución más adecuada de las sustancias utilizadas y una proliferación celular en condiciones óptimas de esterilidad.

El cultivo de tejido conectivo artificial se hace mediante un sistema de dispersión de gas que facilita la transferencia de CO2 y O2 en el material en crecimiento, al tiempo que optimiza la aireación superficial. 

La profesora Fontanilla asegura que los biorreactores normales tienen una capacidad de cincuenta mililitros, pero resalta que en el laboratorio de la UN lograron desarrollarlo de tal manera que su capacidad es de dos litros y funciona fuera de la incubadora de CO2. 
La importancia de este desarrollo se evidencia en casos como el de los diabéticos, cuyas heridas no cicatrizan fácilmente porque no tienen suficiente oxígeno y cuyas condiciones pueden ser simuladas en el biorreactor. 

Además, el biorreactor determina los soportes y las células propicias para cada caso; como las que están involucradas en la señalización celular y en el cierre de heridas, que son las encargadas de dar las órdenes a otras células para que comiencen el proceso de cicatrización o de regeneración. 

Cada uno de los integrantes del GIT ha contribuido a perfeccionar el biorreactor. Gracias a su entrega, los resultados del grupo serán la base de partida para crear una empresa que está próxima a ponerse en marcha con el apoyo de Colciencias. De esta manera, se aprovechará la capacidad instalada del laboratorio, lo que hará más rentable el procedimiento, al producir una mayor cantidad de tejido para beneficiar a más personas.