Resumen

El trasplante de órganos heterólogos es una forma eficaz de reemplazar la función de los órganos, pero está limitado por una grave escasez de órganos. Aunque generar órganos humanos en otros grandes mamíferos mediante la complementación de embriones sería una solución innovadora, enfrenta muchos desafíos, especialmente la pobre integración de las células humanas en los tejidos receptores. Para producir células humanas con una competitividad superior dentro del nicho, combinamos condiciones optimizadas de cultivo de células madre pluripotentes con la sobreexpresión inducible de dos genes que favorecen la supervivencia (MYCN y BCL2). Las células resultantes habían mejorado sustancialmente la viabilidad en el entorno xeno de blastocistos quiméricos entre especies y formaron con éxito estructuras quiméricas organizadas de riñón en etapa media (mesonefros) de humano-cerdo hasta el día embrionario 28 dentro de embriones de cerdo con defectos nefríticos que carecen de SIX1 y SALL1. Nuestros hallazgos demuestran una prueba de principio de la posibilidad de generar un órgano primordial humanizado en cerdos con discapacidad organogénica, abriendo una vía apasionante para la medicina regenerativa y una ventana artificial para estudiar el desarrollo del riñón humano.

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Por primera vez, se ha cultivado desde cero un órgano humanizado sólido en un animal, un primer paso en un proceso que potencialmente podría resolver la escasez de órganos y salvar innumerables vidas. Investigadores chinos cultivaron riñones parcialmente humanos en etapa temprana dentro de embriones de cerdo, utilizando una variedad de técnicas de ingeniería genética, revela un nuevo informe.

"Este estudio demuestra una prueba de principio de la posibilidad de generar un órgano humanizado en cerdos, lo que abre interesantes posibilidades ante nosotros", afirmó el investigador principal Liangxue Lai. Es subdirector del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa del Sur de China en los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou.

Los investigadores generaron una serie de cinco riñones humanoides en cerdos que habían alcanzado la etapa de mesonefros, la segunda etapa del desarrollo del riñón, después de 25 a 28 días de desarrollo. Alrededor del 50% al 70% de las células en estos riñones en etapa temprana eran humanas, dijo Lai.

"Si se ampliara el tiempo de gestación, es posible que aumentara la proporción de células humanas, pero también podrían existir otras barreras técnicas", afirmó Lai. "Estamos trabajando en eso."

Massimo Mangiola, director del Laboratorio de Inmunogenética del Instituto de Trasplantes Langone de la Universidad de Nueva York, se refirió a estos como "órganos primordiales". "Mostraron claramente que pueden hacer que las células humanas crezcan hasta convertirse en órganos primordiales", dijo Mangiola, que no participó en la investigación. "Eso no se ha hecho antes. Es un poco pronto para decir si esto se convertirá o no en un riñón humano completo, pero este fue el paso inicial necesario hacia ese objetivo".

Investigaciones anteriores han utilizado métodos similares para generar tejidos humanos como sangre o músculo en cerdos, pero este es el primero en desarrollar un órgano parcialmente humano.

Los investigadores se centraron en los riñones porque son uno de los primeros órganos en desarrollarse y también son el órgano más comúnmente trasplantado en humanos, según las notas de respaldo.

En este esfuerzo, los investigadores crearon primero embriones de cerdo genéticamente modificados a los que les faltaban dos genes que son clave para el desarrollo del riñón. Esto creó un espacio vacío (un "nicho" con forma de riñón) dentro de los embriones que las células madre humanas podían llenar con menos competencia de las células de cerdo.

Uno de los desafíos de la integración de células madre humanas en embriones de cerdo ha sido que las células de cerdo superan a las células humanas durante el desarrollo, señalaron los autores del estudio.

A continuación, los investigadores diseñaron células madre humanas para hacerlas más propensas a integrarse en los embriones de cerdo y menos propensas a autodestruirse. Luego, estas células se cultivaron en células "ingenuas" que se asemejan a las primeras células embrionarias humanas.

Luego, se cultivaron en laboratorio embriones de cerdo que contenían células madre humanas, utilizando nutrientes y hormonas únicos para promover el crecimiento de células humanas y porcinas, antes de que los investigadores implantaran los embriones en desarrollo en cerdas sustitutas. En total, los investigadores transfirieron 1.820 embriones a 13 madres sustitutas, según el estudio.

Después de 25 a 28 días, los investigadores interrumpieron la gestación y extrajeron los embriones para ver si habían producido con éxito riñones humanizados. Los investigadores recolectaron cinco embriones de cerdo que tenían riñones estructuralmente normales para su etapa de desarrollo.

Los investigadores descubrieron que la ingeniería genética había logrado localizar el desarrollo de las células humanas principalmente en los riñones, mientras que el resto del embrión estaba compuesto por células de cerdo.

Los hallazgos del estudio se publicaron en la revista Cell Stem Cell.

"Descubrimos que, si se crea un nicho en el embrión de cerdo, entonces las células humanas entran naturalmente en estos espacios", afirmó en un comunicado de prensa de la revista el autor principal Zhen Dai, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou. "Vimos sólo muy pocas células neurales humanas en el cerebro y la médula espinal y ninguna célula humana en la cresta genital, lo que indica que las células madre pluripotentes humanas no se diferenciaron en células germinales". Esta ligera proliferación podría prevenirse aún más eliminando más genes en las células madre humanas en estudios futuros, dijeron los investigadores.

El siguiente paso es permitir que los riñones se desarrollen por más tiempo, para ver si las células humanas continúan superando a las células de cerdo durante el desarrollo. Los investigadores también están trabajando para generar otros órganos humanos en cerdos, incluidos el corazón y el páncreas.

El objetivo a largo plazo es crear órganos humanos criados en cerdos listos para el trasplante, pero los investigadores reconocieron que el trabajo será complejo y podría llevar muchos años.

"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", dijo el autor principal. dijo en el comunicado de prensa Miguel Esteban, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou.

Los científicos necesitarán encontrar una manera de desplazar por completo a las células de cerdo competidoras si quieren desarrollar un riñón completamente humano dentro de un cerdo, dijo Mangiola. "Necesitan superar dos barreras", afirmó. "Una es: ¿se puede crear un órgano completamente funcional? Y la segunda barrera sería: ¿se puede crear un órgano que esté hecho enteramente de células humanas?".

Cualquier célula de cerdo que quede en el riñón aumenta la probabilidad de rechazo del órgano después del trasplante, señaló. El objetivo final sería desarrollar en un cerdo un riñón hecho a medida compuesto de las propias células del paciente, dijo Mangiola. "Mi sistema inmunológico lo verá como algo propio y no lo rechazará", explicó.

Pero hay otro posible inconveniente: la posibilidad de que los virus porcinos crezcan en las células humanas, añadió Mangiola. "Algunos de estos virus no crean mucho problema en el cerdo, pero, por supuesto, cuando están en nuestro cuerpo, podrían saltar de especie y, de hecho, crear alguna nueva pandemia, que es una de las preocupaciones de [Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU.] en términos de xenotrasplantes", dijo.

Lo que esto significa

Si tiene éxito, este proceso podría ayudar a los pacientes renales que están esperando una donación de órganos al permitir que los riñones humanos se cultiven en cerdos.