En la última década, los científicos que centran su trabajo en el estudio y desarrollo del cuerpo humano en el nivel más básico en términos de su funcionamiento, han vivido una especie de renacimiento gracias a unas estructuras denominadas “organoides”. Se trata de diminutos modelos 3D de órganos desarrollados a partir de células madre pluripotentes (pueden convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo humano) que crecen en placas de Petri.
Los organoides se derivan de células madre pluripotentes humanas y se han posicionado como una herramienta fundamental de investigación para comprender el desarrollo humano y las enfermedades. Estos han posibilitado que la comunidad científica se aleje del simple crecimiento bidimensional de células en cultivo y han proporcionado información vital sobre la forma tridimensional compleja y la función de varios órganos, como los pulmones, el cerebro y el corazón. Sin embargo, hacer crecer órganos diminutos en una placa de laboratorio es un proceso complicado.
Partiendo de este punto el laboratorio de la Escuela de Medicina de la Universidad de Michigan, dirigido por Jason Spence, del Departamento de Medicina Interna, ha desarrollado una nueva forma significativamente más simple de cultivar un modelo 3D del intestino que conduce a una mayor complejidad y organización.
El avance, publicado en Cell Reports, detalla cómo los organoides intestinales ahora incluyen células que forman el mesotelio seroso, la capa protectora más externa del intestino. Esta capa también se encuentra recubriendo muchos otros sistemas de órganos y es crítica para la producción de una superficie no adhesiva que permite un movimiento relativamente sin fricción de los órganos dentro de la cavidad abdominal.
Investigaciones anteriores focalizadas en el cultivo de varios tipos de mini órganos se basaron en un gel de apoyo llamado Matrigel, que forma un andamiaje 3D que permitió que diferentes tipos de células se desarrollaran en un organoide.
Este hallazgo llevó al equipo a preguntarse si las células necesitaban un entorno de crecimiento en 3D. La respuesta, determinaron, es no. En el nuevo artículo, describen su exitosa generación del organoide intestinal humano en un cultivo de suspensión simple
"Matrigel es el estándar de oro para cultivos de organoides, pero tiene limitaciones", explica Meghan Capeling, una de las investigadoras responsables del estudio. Por un lado, Matrigel es muy caro con un precio que oscila alrededor de 200 dólares por 5 ml de producto. En segundo lugar, se deriva de células tumorales de ratón, "por lo que si está considerando aplicaciones clínicas posteriores, no funcionaría bien porque contiene componentes biológicos desconocidos", expone Capeling.
En un artículo anterior publicado en 2018, Capeling y sus colegas determinaron que los organoides intestinales podrían cultivarse en un gel de alginato biológicamente inerte más simple, ya que forman sus propias células mesenquimales de apoyo, células que en el feto en desarrollo se convierten en tejido conectivo y suavizan músculo.
Este hallazgo llevó al equipo a preguntarse si las células necesitaban un entorno de crecimiento en 3D. La respuesta, determinaron, es no. En el nuevo artículo, describen su exitosa generación del organoide intestinal humano en un cultivo de suspensión simple.
El siguiente paso del equipo fue ver si estos mini-intestinos en realidad podrían funcionar como un intestino humano en desarrollo, y buscaron utilizar los organoides para comprender cómo se forma la capa serosa, señalando que se sabe poco o nada sobre este proceso en el contexto del desarrollo humano. El equipo cuestionó las señales químicas que hacen que se forme la serosa en el cultivo en suspensión, señala Capeling.
"Este es uno de los primeros estudios para tener una idea de los reguladores específicos que podrían desempeñar un papel en el desarrollo adecuado de la serosa intestinal".
Dado que el desarrollo anormal de la serosa puede provocar defectos congénitos, el equipo esperaba aprovechar los organoides para descubrir cómo se forma normalmente esta capa de tejido. Empleando medicamentos que bloquean la actividad de proteínas específicas, Capeling y el equipo identificaron dos vías, llamadas Wnt y Hedgehog, que eran esenciales para la formación normal de la serosa.
Aunque el método de suspensión resultó en menos organoides en general, para los investigadores que utilizan células madre pluripotentes humanas, el método podría cambiar las reglas del juego. El equipo espera que el cultivo en suspensión abra la posibilidad de experimentos con organoides a mayor escala y sea un sistema mejorado para estudiar el desarrollo humano y las enfermedades.