Corazones en miniatura para la investigación
Sustitución de los experimentos con animales: un equipo de investigadores logra producir por primera vez un organoide cardiaco hematopoyético
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¿Cómo se desarrollan los órganos humanos y qué les ocurre cuando enferman? Para responder a estas preguntas, los investigadores se centran cada vez más en los llamados organoides. Estos mini-órganos, de apenas unos milímetros de tamaño, consisten en grupos de células cultivadas en el laboratorio que pueden formar estructuras similares a órganos. Al igual que el desarrollo embrionario, los organoides permiten investigar la interacción de las células en un espacio tridimensional, por ejemplo en procesos metabólicos o mecanismos de enfermedad.
La producción de organoides es complicada; los nutrientes, factores de crecimiento y moléculas de señalización necesarios deben añadirse en un orden específico y en momentos concretos según un calendario preciso. En 2021, el equipo de investigación dirigido por el Dr. Robert Zweigerdt, biólogo celular de los Laboratorios Leibniz de Investigación en Biotecnología y Órganos Artificiales (LEBAO) de la Facultad de Medicina de Hannover (MHH), logró por primera vez producir un organoide formador de corazón (HFO) y reproducir en cultivo celular todo el camino hasta la fase inicial de un corazón humano.
Hasta la fecha, un problema no resuelto en la ciencia ha sido el desarrollo de un modelo que simule el desarrollo del corazón y la hematopoyesis de forma combinada. La hematopoyesis comienza en el embrión humano después de la cuarta semana en la aorta, cerca en el tiempo y la ubicación del anlage cardíaco. Partiendo de su modelo de organoide cardíaco, los investigadores han ido añadiendo gradualmente factores especiales para crear un nuevo organoide cardíaco generador de sangre (blood-generating HFO, BG-HFO). Este éxito de investigación se ha publicado recientemente en la revista "Nature Cell Biology".
Desarrollo del tejido como en un embrión
Los minicorazones se crean a partir de células madre pluripotentes humanas (hPSC). Se trata de células con propiedades especiales: pueden propagarse indefinidamente en cultivo y formar cualquier tipo celular. Con ayuda de señales biológicas o químicas incrustadas en una matriz de hidrogel, las hPSC pueden controlarse de tal forma que agregados celulares tridimensionales se convierten en organoides cardíacos en un plazo de diez a catorce días. No se trata de grupos de células de músculo cardiaco, sino de estructuras complejas formadas por al menos siete tipos de células y tejidos diferentes y claramente estructurados.
Como en el desarrollo embrionario natural, el minicorazón artificial consta de tres capas en forma de copa y comprende el anlagen del corazón, los precursores del hígado y los pulmones y los vasos sanguíneos.
Ahora hemos adaptado nuestro protocolo de diferenciación, es decir, nuestras instrucciones experimentales especiales, y hemos añadido al organoide cardíaco una densa capa endotelial que recubre los vasos sanguíneos y de la que emergen las células hematopoyéticas y las células progenitoras", explica la Dra. Miriana Dardano, primera autora del estudio científico. Se trata del primer modelo de órgano humano de este tipo que combina todos los tejidos según su desarrollo en el embrión", afirma la bióloga de células madre.
Tan flexible como un kit de construcción
Nuestro estudio permite ahora a otros investigadores estudiar en cultivo celular cómo se produce la interacción entre tejidos en la hematopoyesis", subraya la Dra. Lika Drakhlis, codirectora del trabajo de investigación. Sin embargo, los nuevos hallazgos no sólo interesan a la ciencia para dilucidar el desarrollo de órganos sanos y la hematopoyesis. El organoide cardiaco hematopoyético expandido también podría servir de modelo para enfermedades como la COVID-19, que ataca el corazón y los vasos sanguíneos, además de los pulmones. Las infecciones por otros virus o bacterias, el cáncer o las malformaciones causadas por defectos genéticos también podrían investigarse en la placa de cultivo celular para comprender y tratar mejor las enfermedades cardiovasculares. Los organoides también son adecuados para probar agentes farmacológicos. En algunos casos, esto funciona incluso mejor que en modelos animales, por ejemplo, ya que éstos están sujetos a otras influencias biológicas y los resultados sólo pueden transferirse a los humanos hasta cierto punto", afirma el científico.
Y como su principio de producción de organoides es tan flexible como un kit de construcción, los investigadores del LEBAO no se detienen en el corazón y la sangre. Ya están trabajando en un nuevo protocolo de diferenciación que convierta las células hPSC de partida en células de otros órganos, de modo que en el futuro se disponga de más modelos de organoides multitejidos para la investigación médica.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Miriana Dardano, Felix Kleemiß, Maike Kosanke, Dorina Lang, Liam Wilson, Annika Franke, Jana Teske, Akshatha Shivaraj, Jeanne de la Roche, Martin Fischer, Lucas Lange, Axel Schambach, Lika Drakhlis, Robert Zweigerdt; "Blood-generating heart-forming organoids recapitulate co-development of the human haematopoietic system and the embryonic heart"; Nature Cell Biology, Volume 26, 2024-10-8
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