Investigadores de Cataluña han creado por primera vez cultivos tridimensionales, conocidos como organoides, a partir de células madre pluripotentes. Estas estructuras se asemejan a tejido embrionario de riñón humano durante el segundo trimestre de gestación. Mediante el uso de biomateriales que mimetizan el microambiente del embrión, los investigadores también han logrado que estos minirriñones presenten características relevantes para su uso inmediato en el modelado de patologías renales.
La generación de organoides es uno de los mayores avances científicos en medicina regenerativa. Aquí, al alargar el tiempo en que las células madre pluripotentes (hPSCs) humanas fueron expuestas a un microentorno tridimensional, y al aplicar señales inductivas renales definidas, generamos organoides renales que son riñones fetales humanos del segundo trimestre adaptados de manera transcriptómica.
Validamos estos resultados utilizando ensayos ex vivo e in vitro que modelan el desarrollo renal. Además, desarrollamos un método de trasplante que utiliza la membrana corioalantoica del pollo. Este enfoque creó un microentorno in vivo suave que promovió el crecimiento y la diferenciación de los organoides renales implantados, además de proporcionar un componente vascular.
La rigidez del microambiente de la membrana corioalantoica in ovo se recapituló in vitro mediante la fabricación de hidrogeles compatibles. Estos biomateriales promovieron la generación eficiente de vesículas renales y estructuras de nefronas, lo que demuestra que un ambiente suave acelera la diferenciación de los organoides renales derivados de hPSC.
Los miniórganos se crean a partir de células madre que, bajo ciertos estímulos, se dividen, crecen y terminan construyendo un tejido complejo, similar al órgano del que proceden. Hasta el momento, se han obtenido organoides de intestinos, cerebros y riñones, entre otros. No obstante, estos tejidos artificiales presentan deficiencias importantes, entre ellas la carencia de vasos sanguíneos que permitan la difusión de nutrientes y oxígeno. Este hecho limita su crecimiento y afecta las dimensiones finales del organoide.
Ahora, un grupo de investigadores del Instituto de Bioingeniería de Catalunya en colaboración con el Hospital Clínico de Barcelona, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, la Universidad de Barcelona y el Instituto Salk de Estudios Biológicos, en California, acaba de publicar en Nature Materials un método para obtener organoides de riñón vascularizados, formados en solo veinte días. Desde 2013, año en el que algunos de estos científicos generaron por primera vez progenitores renales a partir de células madre pluripotentes, han conseguido desarrollar estructuras complejas muy parecidas a las de un órgano embrionario.
En esta última investigación, han optimizado el entorno extracelular para reproducir al máximo el ambiente en el que se desarrollan los riñones en el cuerpo humano. Así, han conseguido acelerar el crecimiento de las células madre hasta formar minirriñones parecidos a los del segundo trimestre de desarrollo fetal.
Uno de los descubrimientos más notables de esta publicación ha sido la obtención de minirriñones con circulación sanguínea. Una vez generados los organoides, a fin de facilitar su vascularización, los implantaron en la membrana coroalantoidea de embriones de pollo el día dieciséis de su desarrollo. Este tejido, que es la parte fetal de la placenta, es rico en vasos sanguíneos. El tercer día observaron que los organoides, que se encontraban dentro del huevo, habían desarrollado células vasculares endoteliales y la sangre del embrión circulaba hasta el interior del organoide.
Los datos que recoge esta publicación representan un avance importante tanto en la investigación sobre el desarrollo y las enfermedades como en el campo de la medicina regenerativa, y presenta una novedosa metodología aplicable a otros tejidos biológicos.
Referencia: «Fine tuning the extracellular environment accelerates the derivation of kidney organoids from human pluripotent stem cells». Elena Garreta et al. en Nature Materials, publicado en línea, febrero de 2019.