Nuevos avances en el desarrollo de organismos quimera para la ciencia y medicina

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

organismos quimera. Células derivadas de células madre pluripotentes enriquecidas en el corazón en desarrollo de un embrión de ratón modificado genéticamente. Imagen: Instituto Salk de Estudios Biológicos.

Células derivadas de células madre pluripotentes enriquecidas en el corazón en desarrollo de un embrión de ratón modificado genéticamente. Imagen: Instituto Salk de Estudios Biológicos.

Investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos, dirigidos por Juan Carlos Izpisúa Belmonte, acaban de demostrar que es posible generar órganos de una especie en animales de otra especie diferente.

Según la mitología griega las quimeras eran monstruos fabulosos representados con cabeza de león, vientre de cabra y cola de dragón. En la actualidad, en ciencia, se considera que un organismo es una quimera interespecífica cuando contiene células procedentes de diferentes especies.  Estos organismos presentan un gran potencial tanto para estudiar los procesos fisiológicos que intervienen en el desarrollo como para  plantear nuevas opciones terapéuticas en el área de la medicina. Por ejemplo, la posibilidad de obtener quimeras interespecíficas, introduciendo de células humanas en otras especies podría permitir la generación de órganos y tejidos humanos con fines de investigación o para trasplantes, diseñar nuevos métodos de rastreos farmacológicos o incluso desarrollar modelos de enfermedades humanas más precisos. En combinación con otras técnicas actuales como la edición del genoma, el potencial  de los organismos quimera es todavía mayor.

Hasta el momento diferentes estudios habían conseguido generar quimeras interespecíficas entre especies de roedores. Sin embargo, no estaba claro si los métodos podían utilizarse para generar quimeras entre especies más alejadas evolutivamente.

En el nuevo trabajo los investigadores combinan la tecnología de CRISPR de edición genómica con la generación de quimeras interespecíficas para obtener  páncreas, corazón y ojos de rata en ratones en desarrollo. Además, consiguen obtener por primera vez embriones quimera de humanos y otras especies a partir de la integración células humanas en embriones de cerdo y vaca.

Inyección de células madre pluripotentes inducidas en un embrión de cerdo. Imagen, cortesía de Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Instituto Salk de Estudios Biológicos.

Inyección de células madre pluripotentes inducidas en un embrión de cerdo. Imagen, cortesía de Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Instituto Salk de Estudios Biológicos.

 

“Nuestros resultados podrían ofrecer esperanza para la ciencia y medicina en progreso, proporcionando una capacidad sin precedentes para estudiar el desarrollo embrionario temprano y la formación de los órganos, así como un potencial nuevo camino para la terapias médicas,” señala Juan Carlos Izpisúa. “Hemos demostrado que una tecnología dirigida de forma precisa puede permitir que un organismo de una especie produzca un órgano específico compuesto de células de otra especie. Esto nos proporciona una herramienta importante para estudiar la evolución de la especie, la biología y la enfermedad y en última instancia llevar a la capacidad para crecer órganos humanos para el trasplante.”

En un primer paso, los investigadores introdujeron células madre pluripotentes de rata en embriones de ratón en los que habían eliminado un gen necesario para la formación del páncreas.  Tras implantar los embriones en hembras de ratón, el equipo pudo observar que los ratones quimera se desarrollaban de forma normal, y crecían con un páncreas de rata, generado a partir de las células de rata, que sí contenían el gen necesario para su formación. Mediante esta misma aproximación, se pudieron generar otros órganos enriquecidos en células de rata en los embriones de ratón, incluyendo corazón y ojos.

Debido a la diferencia de tamaño entre los roedores y los humanos, usar un sistema en ratón para generar órganos humanos no es una aproximación práctica para el desarrollo de aplicaciones médicas. Además, ambas especies están muy alejadas y existen importantes diferencias en su fisiología. Por esta razón, los investigadores decidieron evaluar la capacidad de la generación de quimeras interespecíficas en un contexto más cercano, utilizando células pluripotentes humanas en embriones de cerdo y vaca, especies de tamaño y tiempo de desarrollo más parecido al humano.

Células madre pluripotenciales inducidas humanas que contribuyen al desarrollo del corazón en un embrión de cerdo. Imagen: Instituto Salk de Estudios Biológicos.

Células madre pluripotenciales inducidas humanas que contribuyen al desarrollo del corazón en un embrión de cerdo. Imagen: Instituto Salk de Estudios Biológicos.

En este caso, los investigadores se enfrentaron a mayores retos logísticos y técnicos, derivados principalmente de la obtención de embriones de ambas especies (el estudio requirió más de 1.500 embriones de cerdo), la elección del momento adecuado en el que introducir las células madre humanas para sincronizarlas con las del embrión y la selección del tipo de células madre humanas. Una vez conseguidos los embriones, introducidas las células humanas e implantados los embriones quimera en cerdas o vacas, el equipo detuvo el desarrollo de los embriones a las cuatro semanas, para evaluar la seguridad y efectividad de la técnica. “Este es tiempo suficiente para que entendamos cómo se mezclan las células humanas y de cerdo de forma temprana, sin levantar preocupación ética sobre los animales quimera maduros,” apunta Juan Carlos  Izpisúa.

Los resultados mostraron que aunque las células madre pluripotentes se integraban en los embriones tempranos de ambas especies, su contribución al posterior desarrollo era mucho menor que en caso de las dos especies de roedores. Además, el equipo observó que las células madre pluripotentes que mejor potencial presentaban para contribuir al embrión eran las que mantenían un estado pluripotencial intermedio.

Aunque la ciencia está todavía lejos de ser capaz de generar un órgano humano en otra especie, los resultados del trabajo mejoran el conocimiento de la biología de las células madre humanas y marcan el inicio del camino hacia el desarrollo de aplicaciones médicas basadas en la utilización de quimeras interespecíficas. El siguiente paso de los investigadores será mejorar la eficiencia de la integración de las células pluripotentes y dirigirlas hacia la formación de órganos específicos en cerdo.

Células madre pluripotenciales inducidas humanas que contribuyen al desarrollo del corazón en un embrión de cerdo. Imagen: Instituto Salk de Estudios Biológicos.

Células madre pluripotenciales inducidas humanas que contribuyen al desarrollo del corazón en un embrión de cerdo. Imagen: Instituto Salk de Estudios Biológicos.

 

“Por supuesto el objetivo final de la investigación en quimeras es aprender si podemos usar las tecnologías de las células madre y la edición génica para generar tejidos y órganos humanos emparejados genéticamente, y nos mantenemos muy optimistas de que el trabajo continuado llevará al éxito,” concluye Izpisúa Belmonte. “ Sin embargo , en el proceso estamos ganando un mejor conocimiento de la evolución de las especies, así como dela embriogénesis humana y enfermedades, que es difícil de obtener de otras formas.”

Investigación original: Wu J, et al. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells. Cell. 2017. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.12.036

Fuente:

New findings highlight promise of chimeric organisms for science and medicine. http://www.salk.edu/news-release/new-findings-highlight-promise-chimeric-organisms-science-medicine/

Scientists use stem cells to create human/pig chimera embryos. https://eurekalert.org/pub_releases/2017-01/cp-sus011917.php

 

Investigación original: Wu J, et al. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells. Cell. 2017. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.12.036

Fuente:

New findings highlight promise of chimeric organisms for science and medicine. http://www.salk.edu/news-release/new-findings-highlight-promise-chimeric-organisms-science-medicine/

Scientists use stem cells to create human/pig chimera embryos. https://eurekalert.org/pub_releases/2017-01/cp-sus011917.php

 

 

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