Un paso adelante en la bioingeniería para la obtención de tejido digestivo y hepático

Científicos del Centro Infantil de Cincinnati para Células Madre y Medicina Organoide, en Estados Unidos, y la Universidad de la Ciudad de Yokohama (YCU, por sus siglas en inglés), en Japón, informan en Stem Cell Reports que han logrado ambos objetivos con un nuevo método de producción de tejidos intestinales y hepáticos de bioingeniería.

Antes de que la ciencia médica pueda bio-diseñar órganos humanos en un laboratorio para uso terapéutico, quedan dos obstáculos por superar: garantizar la estabilidad genética, para que los órganos no tengan riesgo de crecimiento tumoral, y producir tejidos orgánicos de suficiente volumen y tamaño para un trasplante viable en las personas.

Los científicos utilizaron por primera vez un proceso de manipulación genética y bioquímica de múltiples pasos que incluía los genes FGF, TGF y WNT, que transformaron células madre pluripotentes inducidas (iPS) humanas en células progenitoras endodérmicas del intestino posterior (PGEC) positivas para CDX2. El protocolo está diseñado para imitar el desarrollo embrionario natural y CDX2 es un marcador molecular que se encuentra en los tejidos intestinales, según el investigador principal del estudio, Takanori Takebe, médico de del Centro Infantil de Cincinnati y YCU.

Aunque los PGEC se encuentran todavía en una etapa de desarrollo embrionario, ya están programados para formar el tracto gastrointestinal (GI). Sin embargo, en este punto, no están específicamente en la cola genéticamente para formar estómago, hígado o intestino. Entonces, estos expertos utilizaron series adicionales de manipulaciones genéticas y bioquímicas progresivas, indicando a las PGEC que formaran intestino posterior humano y organoides hepáticos.

"En comparación con los organoides gastrointestinales y el hígado generado directamente a partir de células madre pluripotentes inducidas, la generación de PGEC dio lugar a la formación robusta y genéticamente estable de diferentes tipos de tejidos gastrointestinales, sin causar tumores benignos llamados teratomas", dice el primer autor Ran-Ran Zhang, investigador en el Centro Infantil de Cincinnati. "Nuestros datos también muestran organoides hepáticos cultivados a partir de PGECs y trasplantados en ratones inmunodeficientes con enfermedad hepática que crecieron, funcionaron bien y evitaron la insuficiencia hepática", detalla.

Los datos del estudio indican que alrededor del 20 por ciento de los ratones que no recibieron trasplantes de organoides hepáticos sobrevivieron durante 30 días, en comparación con aproximadamente el 60 por ciento de los animales que recibieron trasplantes.

Las células madre pluripotentes inducidas (iPS) comienzan como células adultas, como células cutáneas maduras. Se reprograman genéticamente y bioquímicamente para que actúen como células madre embrionarias. Las células iPS tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo humano, lo que las convierte en una herramienta de investigación indispensable para estudiar las enfermedades humanas y los tejidos humanos cultivados en el laboratorio de sistemas de órganos específicos, como el tracto gastrointestinal.

Pero las células iPS y los tejidos de órganos cultivados directamente a partir de ellos son propensos a las variaciones genéticas y la inestabilidad cromosómica, lo que brinda la posibilidad de formación de tumores. Este obstáculo para usar tejidos de órganos cultivados directamente a partir de células iPS para aplicaciones requiere un enfoque diferente, según Takebe y sus coautores.

Se han generado organoides humanos en estudios anteriores con células progenitoras, como los progenitores del endodermo del intestino posterior generados en este estudio. Los datos de investigación indican que las células progenitoras son genéticamente más estables que las células iPS. Pero estudios previos de bioingeniería a partir de células progenitoras incluyeron el uso de subproductos animales (reactivos y otras sustancias), lo que hace que los organoides resultantes sean inseguros para el uso terapéutico en las personas, según los investigadores.

En este nuevo trabajo, los investigadores evitaron el uso de subproductos animales a lo largo de todo el proceso de bioingeniería. Esto incluye la programación inicial de las células iPS y luego su posterior puesta en la cola para convertirse en células del endodermo intestinal posterior.

Referencia

Ran-Ran Zhang, Masaru Koido, Tomomi Tadokoro, Rie Ouchi, Tatsuya Matsuno, Yasuharu Ueno, Keisuke Sekine, Takanori Takebe, Hideki Taniguchi. Human iPSC-Derived Posterior Gut Progenitors Are Expandable and Capable of Forming Gut and Liver Organoids. Stem Cell Reports, 2018

https://medicalxpress.com/news/2018-02-genetically-stable-bioengineered-gut-liver.html