Organoides: alternativas sin animales en la investigación médica

El uso de animales en la investigación ha sido un tema controvertido desde hace algún tiempo. Todavía hay opiniones divididas sobre la investigación basada en animales, y muchas personas creen que los animales son una opción ideal no sólo para mejorar nuestra comprensión de enfermedades complejas como el cáncer, sino también para probar medicamentos y cosméticos. Sin embargo, muchas personas argumentan que el uso de animales no es ético, cruel e innecesario.

Sólo en Gran Bretaña, el uso de animales aumentó un 6% en 2021. Es probable que esto aumente a medida que las enfermedades se vuelven más complejas y crece la demanda de investigación innovadora. En un mundo ideal, no dañaríamos a los animales con fines de investigación, entonces, ¿qué otras opciones tenemos en este momento?

Cultivar células en 3D es realmente complicado…

Las ‘líneas celulares’ derivadas de humanos son generalmente la opción más fácil y confiable para estudiar enfermedades humanas o probar nuevos medicamentos. Originalmente se derivan de muestras de tejido sano o no saludable donadas por pacientes que dan su consentimiento, donde luego se congelan, almacenan y reutilizan una y otra vez para experimentos. Si bien proporcionan un modelo vivo para experimentar, todavía están lejos de ser ideales cuando se investigan enfermedades complejas o interacciones medicamentosas. Las líneas celulares siempre crecen sólo en una capa 2D en el fondo de una placa de Petri, nunca en 3D como un órgano vivo real. Debido a esto, también crecen en una disposición extraña: uno encima del otro, al revés o al revés, que no es lo que sucede en el cuerpo. Otro inconveniente de estos modelos simples es que solo un tipo de célula crece en la placa en un momento dado, lo que significa que son increíblemente básicos y es difícil sacar una conclusión firme de ellos sin repetir los mismos experimentos con otros tipos. de células. .

Modelar un trozo de tejido vivo o un órgano completo sin recurrir al trabajo animal es una tarea difícil. Durante la última década, los andamios diseñados o basados ​​en plantas se han vuelto populares entre los científicos e investigadores, que pueden recubrirse con células y estudiarse como un órgano vivo. Los andamios de origen vegetal se derivan de sustancias naturales, que están diseñadas para interactuar con las células vivas y promover su crecimiento. Se han probado muchos materiales naturales, pero algunos de los más interesantes incluyen el alginato (algas), el almidón (plantas) y la celulosa, que se pueden cosechar de las manzanas. La idea general es que estos materiales se esterilizan, se preparan y luego se pueden sembrar células en ellos en una capa 2D. ¡Las células son mucho más felices cuando pueden crecer en una superficie adecuada, a diferencia de una placa de Petri! Existen varias aplicaciones para esta tecnología, como el uso de andamios de origen vegetal para generar una gran cantidad de células que pueden usarse para experimentos adicionales, como pruebas de drogas. Además del trabajo de laboratorio, existe la posibilidad de que esta tecnología de andamio y células se utilice en medicina, como sustituto de los injertos de piel. Desafortunadamente, este tipo de aplicación todavía está bajo escrutinio, ya que es necesario tener en cuenta muchos factores, como reacciones alérgicas, inflamación y rechazo. Sólo porque un material se comporta de una determinada manera en el laboratorio, puede comportarse de una manera totalmente diferente una vez dentro del cuerpo e incluso degradarse o causar más daño que bien.

Si las células naturales se están volviendo demasiado básicas para estudiar enfermedades delicadas, incluso cuando se cultivan en un andamio, ¿es posible desarrollar un órgano que funcione?

Descubrimiento de organoides

Esta es una pregunta particular que ha estado en la mente de muchas personas desde hace algún tiempo, y resulta que la respuesta es mucho más compleja de lo que pensamos.

En este momento, aún no se han descubierto métodos para desarrollar órganos en pleno funcionamiento desde cero en el laboratorio. En cambio, los «organoides» se están convirtiendo en modelos populares en la investigación de laboratorio. Los organoides están a medio camino entre líneas celulares y órganos en pleno funcionamiento; son muy pequeños, redondos y se originan a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC), células madre embrionarias (ESC) e incluso células madre adultas sanas o cancerosas derivadas de un paciente. Pero, ¿cómo descubren los científicos cómo convertir las células madre en organoides?

El genetista molecular holandés y ganador del Premio Keio de Ciencias Médicas, Hans Clevers, y su equipo del Instituto Hubrecht fueron las primeras personas en el mundo en ser pioneras en la investigación de organoides. En 2008, Clevers planteó la hipótesis de que podría utilizar tejido de biopsia intestinal para obtener células madre, que luego podrían usarse para producir aún más células madre. Lo que realmente sucedió fue innovador. ¡No solo formaron más células madre como esperaba, sino que el grupo de células en la placa de Petri se parecía al tejido original y comenzó a parecerse más al intestino delgado! Este fue el nacimiento del primer organoide.

Desde este descubrimiento, varios investigadores han probado métodos desarrollados por Clevers. Se puede recolectar tejido tanto sano como enfermo, generalmente mediante biopsia, de una variedad de pacientes que dan su consentimiento y que luego se van a casa después del procedimiento y continúan con su día. Luego, este tejido se transfiere a un laboratorio, donde se llevan a cabo protocolos complejos para recuperar las células madre y convertirlas en organoides.

Organoides ‘personalizados’ cultivados en el laboratorio

Los organoides tampoco se limitan solo al intestino, ya que los investigadores han desarrollado con éxito organoides sanos del estómago derivados de pacientes. Estos organoides se pueden utilizar en el laboratorio para modelar el revestimiento del estómago, por ejemplo, para simular úlceras de estómago o el desarrollo de cáncer. El tejido de pacientes no saludables, como los tumores, también se ha transformado en organoides tumorales derivados de pacientes (PDTO), también conocidos como tumoroides, que incluyen mama, colorrectal, hígado, cerebro y páncreas. Los tumores en particular son un gran avance en la investigación del cáncer, ya que permiten a los científicos investigar y estudiar tumores fuera del cuerpo. Por ejemplo, la señalización celular y las interacciones con fármacos anticancerígenos o quimioterapia se pueden observar ampliamente, sin tener que experimentar en el paciente ni replicar la enfermedad en animales.

Existen muchas aplicaciones y tipos de investigación que utilizan organoides además del descubrimiento de fármacos y el modelado de enfermedades. En la imagen siguiente se muestran más aplicaciones.

Los organoides de origen humano han abierto un mundo de oportunidades tanto para científicos como para investigadores. Proporcionan un modelo ideal para realizar diversos experimentos, sin tener que dañar al animal. Los organoides ayudan a resolver el problema asociado con las líneas celulares 2D, ya que proporcionan una variedad de tipos de células diferentes y al mismo tiempo se parecen en cierto modo al tejido u órgano original. Por ejemplo, esto significa que los investigadores no necesitan probar el mismo fármaco o técnica en varias líneas celulares diferentes en un momento dado para llegar a una conclusión. Los organoides también han abierto la puerta a la ‘medicina personalizada’: si los organoides derivados del paciente responden a los fármacos en el laboratorio, ¿significa esto que estos fármacos se pueden administrar al paciente de forma segura? Todavía estamos lejos de llegar a esta conclusión porque los organoides siguen siendo sistemas relativamente simples, pero pueden reemplazar la necesidad de ensayos clínicos extensos y costosos en el futuro.

Si bien es prometedor, vale la pena mencionar que los organoides no tienen muchas características que damos por sentado en nuestro cuerpo, como un sistema circulatorio, respiratorio e inmunológico. Actualmente, la mayoría de las investigaciones sobre organoides no consideran estos factores, lo que pone un límite a las conclusiones que pueden sacar los investigadores. Otro problema es el tamaño de los organoides, ya que no suelen tener más de 1 mm de diámetro. Debido a que son tan pequeños, es complicado trabajar con ellos y requieren requisitos complicados de cultivo y mantenimiento.

En última instancia, todavía estamos lejos de erradicar por completo el uso de animales en la investigación, pero los organoides son una perspectiva apasionante para el futuro de la investigación biológica y son, sin duda, un paso en la dirección correcta.

La publicación Organoides: alternativas sin animales en la investigación médica apareció por primera vez en el Illinois Science Council.

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