En una primicia, científicos cultivan riñones humanizados dentro de cerdos

JUEVES, 7 de septiembre de 2023 (HealthDay News) -- Por primera vez, un órgano humanizado sólido ha sido cultivado desde cero en un animal, un primer paso en un proceso que podría resolver la escasez de órganos y salvar innumerables vidas.

Investigadores chinos cultivaron riñones humanos en etapa temprana, parcialmente humanizados (que contienen células humanas, pero no están compuestos exclusivamente por ellas) dentro de cerdos embrionarios, utilizando una variedad de técnicas de ingeniería genética, revela un nuevo informe.

"Este estudio demuestra la prueba de principio de la posibilidad de generar un órgano humanizado en cerdos, abriendo emocionantes posibilidades ante nosotros" dijo el investigador principal Liangxue Lai. Es director adjunto del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa del Sur de China en los Institutos de Biomedicina y Salud de Cantón.

Los investigadores generaron una serie de cinco riñones humanoides en cerdos que habían alcanzado la etapa mesonéfrica, la segunda etapa del desarrollo del riñón, después de 25 a 28 días de desarrollo.

Aproximadamente el 50% al 70% de las células en estos riñones en etapa temprana eran humanas, dijo Lai.

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

Massimo Mangiola, director del Laboratorio de Inmunogenética del Instituto de Trasplantes NYU Langone en Nueva York, se refirió a estos como "órganos primordiales".

"Claramente mostraron que pueden hacer que las células humanas crezcan en órganos primordiales", dijo Mangiola, quien no participó en la investigación. "Eso no se había hecho antes. Es un poco temprano para decir si esto se desarrollará 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 cultivar realmente 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 notas de fondo.

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

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

Luego, los investigadores modificaron genéticamente las células madre humanas para hacerlas más propensas a integrarse en los embriones de cerdo y menos propensas a autodestruirse. Estas células luego fueron cultivadas en células "naïve" que se asemejan a las células embrionarias humanas tempranas.

Los embriones de cerdo que contenían células madre humanas fueron cultivados en laboratorio, utilizando nutrientes y hormonas únicos para promover el crecimiento de células humanas y de cerdo, 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 terminaron 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 tenido éxito en localizar el desarrollo de células humanas principalmente en los riñones, con el resto del embrión compuesto de células de cerdo.

Los hallazgos del estudio fueron publicados el 7 de septiembre en la revista Cell Stem Cell.

"Descubrimos que si creas un nicho en el embrión de cerdo, entonces las células humanas van naturalmente a estos espacios", dijo el autor principal Zhen Dai, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Cantón, en un comunicado de prensa de la revista. "Vimos solo muy pocas células neurales humanas en el cerebro y la médula espinal y ninguna célula humana en el cordón genital, indicando que las células madre pluripotentes humanas no se diferenciaron en células germinales."

Esta ligera proliferación podría evitarse aún más al desactivar más genes en las células madre humanas en futuros estudios, dijeron los investigadores.

El siguiente paso es permitir que los riñones se desarrollen durante más tiempo, para ver si las células humanas continúan superando en competencia 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 cultivados en cerdos listos para el trasplante, pero los investigadores reconocieron que el trabajo será complejo y podría llevar muchos años.

"Dado que los órganos no están compuestos solo por un linaje celular, para tener un órgano donde todo provenga del humano, probablemente necesitaríamos modificar genéticamente los cerdos de una manera mucho más compleja y eso también trae algunos desafíos adicionales", dijo el autor principal Miguel Esteban, de los Institutos de Biomedicina y Salud de Cantón, en el comunicado de prensa.

Los científicos necesitarán encontrar una forma de eliminar por completo las células de cerdo en competencia si quieren cultivar un riñón completamente humano dentro de un cerdo, dijo Mangiola.

"Deben superar dos barreras", dijo. "Una es: ¿Pueden crear un órgano completamente funcional? Y la segunda barrera sería: ¿Pueden crear un órgano que esté compuesto en su totalidad por células humanas?"

Cualquier célula de cerdo restante en el riñón aumenta la probabilidad de rechazo del órgano después del trasplante, señaló.

El objetivo final sería cultivar un riñón hecho a medida compuesto por las propias células del paciente en un cerdo, dijo Mangiola.

"Será visto por mi sistema inmunológico como propio y no será rechazado", explicó.

Pero hay otro posible inconveniente: la posibilidad de que los virus del cerdo 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 cambiar de especie y, de hecho, crear una nueva pandemia, que es una de las preocupaciones de la [Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU.] en términos de xenotrasplante", dijo.

Más información

La Clínica Mayo tiene más información sobre el trasplante de riñón.

FUENTES: Liangxue Lai, PhD, director adjunto, Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa del Sur de China, Institutos de Biomedicina y Salud de Cantón, Cantón, China; Massimo Mangiola, PhD, director, Laboratorio de Inmunogenética, Instituto de Trasplantes NYU Langone, Nueva York; Cell Stem Cell, 7 de septiembre de 2023.