Científicos del Inibic de A Coruña implantan por primera vez a un cerdo 'mini-riñones' creados a partir de células humanas de laboratorio

A Coruña apuntala las bases de la medicina regenerativa y personalizada del futuro. Científicos del Instituto de Investigación Biomédica coruñés (Inibic-Chuac), dependiente de la Xunta, han implantado por primera vez a un cerdo ‘mini-riñones’ 3D (tridimensionales) formados a partir de células humanas de laboratorio. En concreto, han autotrasplantado al animal su propio riñón modificado con esos organoides, de unas micras de tamaño, que se le perfundieron ex vivo (se introdujeron en el riñón estando este fuera del organismo).

La intervención experimental, llevada a cabo en el Centro Tecnolóxico de Formación (CTF) del Hospital Teresa Herrera, se enmarca en una investigación internacional, en fase preclínica, liderada por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC). Resultado de más de diez años de colaboración entre el Inibic, el IBEC, la Organización Nacional de Trasplantes (ONT), el Instituto de Salud Carlos III y equipos de investigación europeos y norteamericanos, el estudio se ha publicado, este viernes, en la revista científica ‘Nature Biomedical Engineering’, del prestigioso grupo ‘Nature’. Los firmantes del trabajo estiman que, a largo plazo, este hito científico podría contribuir a alargar la vida útil de los órganos destinados a trasplante y ofrecer una alternativa terapéutica a enfermos renales crónicos.

Una década de trabajo colaborativo

“Con el grupo de investigación de Pluripotencia para la regeneración de órganos de las doctoras Núria Montserrat -bioingeniera y actual consejera de Investigación y Universidades de la Generalitat de Cataluña- y Elena Garreta del IBEC llevamos colaborando ya desde 2015-2016. Por tanto, este avance es el resultado de más de diez años de trabajo en diferentes líneas de investigación que desarrollamos con ellos. El IBEC tiene líneas de investigación de células madre pluripontenciales, que han derivado a formar organoides. En concreto, en este caso, renales”, explica el doctor Alberto Centeno, coordinador de la Unidad de Cirugía Experimental y Animalario del Inibic-Chuac, quien detalla que “los organoides son estructuras celulares unidas, de unas micras de tamaño, cultivadas en laboratorio a partir de células humanas, y que simulan función de un órgano”. “No llegan a ser un órgano, porque no tienen vascularización, pero sí cumplen funciones metabólicas que imitan su funcionamiento. En este caso, el de un conjunto de nefronas [unidades funcionales y estructurales básicas del riñón compuestas por células]”, señala.

“En el IBEC mantienen los organoides en unas condiciones de laboratorio, pero había que dar un pasito más y ver qué pasa con esos conjuntos de células al trasladarlas a un medio natural. Es decir, ver qué sucede si, en vez de nutrirlas en una placa de cultivo, añadiéndoles la glucosa, la creatinina, el oxígeno… las devolvemos a un medio natural. Ahí es donde entramos nosotros, que aparte de trabajar con el grupo de la doctora Montserrat en el IBEC, estamos dentro de la Plataforma de Biobancos y Biomodelos, a nivel nacional, del Instituto de Salud Carlos III. Y, en el marco de esta plataforma de módulo animal, establecemos las colaboraciones en investigación en esta línea”, explica el doctor Alberto Centeno, coordinador de la Unidad de Cirugía Experimental y Animalario del Inibic-Chuac

“En el IBEC -prosigue el doctor Centeno- mantienen los organoides en unas condiciones de laboratorio, pero había que dar un pasito más y ver qué pasa con esos conjuntos de células al trasladarlas a un medio natural. Es decir, ver qué sucede si, en vez de nutrirlas en una placa de cultivo, añadiéndoles la glucosa, la creatinina, el oxígeno… las devolvemos a un medio natural. Ahí es donde entramos nosotros, que aparte de trabajar con el grupo de la doctora Montserrat en el IBEC, estamos dentro de la Plataforma de Biobancos y Biomodelos, a nivel nacional, del Instituto de Salud Carlos III. Y, en el marco de esta plataforma de módulo animal, establecemos las colaboraciones en investigación en esta línea”, señala.

“Lo que hicimos aquí fue coger un modelo animal, en este caso, un cerdo. Le extrajimos un riñón, por técnica laparoscópica, que es la misma que se emplea con los donantes vivos. Ese riñón lo introdujimos en una máquina externa, a la que le hicimos circular sangre oxigenada del propio animal, y lo mantuvimos en normotermia [temperatura corporal normal]. En el trasplante renal, lo que se hace es perfundir el órgano, pasarlo a frío, para que disminuya su actividad metabólica. Sin embargo, en este caso nos interesaba que el riñón mantuviese esa actividad. Esto se llama perfusión normotérmica”, indica el coordinador de la Unidad de Cirugía Experimental y Animalario del Inibic-Chuac. “Ahí tuvimos el órgano durante dos horas y, en ese tiempo, le perfundimos los organoides que los compañeros del IBEC habían cultivado. Antes, en el biobanco, marcamos esos organoides con unos compuestos químicos, en concreto, con una luciferasa [una clase de enzimas oxidativas utilizadas en bioluminiscencia], que se adhirió a su pared (de modo que, si los organoides están vivos, al meterlos en un aparato de luminiscencia, se verá toda la pared marcada con fluorescencia)”, especifica.

“Lo que hicimos aquí fue coger un modelo animal, en este caso, un cerdo. Le extrajimos un riñón, por técnica laparoscópica, que es la misma que se emplea con los donantes vivos. Ese riñón lo introdujimos en una máquina externa, a la que le hicimos circular sangre oxigenada del propio animal, y lo mantuvimos en normotermia [temperatura corporal normal]. En el trasplante renal, lo que se hace es perfundir el órgano, pasarlo a frío, para que disminuya su actividad metabólica. Sin embargo, en este caso nos interesaba que el riñón mantuviese esa actividad. Esto se llama perfusión normotérmica”, indica el doctor Alberto Centeno, coordinador de la Unidad de Cirugía Experimental y Animalario del Inibic-Chuac

“Perfundimos ex vivo [fuera del cuerpo] y, después de tenerlo en máquina, durante dos horas, y ver que el riñón no sufría ningún tipo de daño (porque los organoides son estructuras con un determinado tamaño, mayor que el de una célula, al ser un conglomerado de estas), ni trombosis ni alteraciones de otro tipo, volvimos a autotrasplantárselo al animal, e hicimos el seguimiento de cómo iba funcionando ese órgano en 24, 48 y 72 horas”, pormenoriza el doctor Centeno, y resume: “Esto es lo que realizamos aquí, en el CTF del Inibic-Chuac: la extracción del riñón, la perfusión en máquina de normotermia, el trasplante y el seguimiento del animal en 24, 48 y 72 horas. Y, en esos diferentes periodos de tiempo, lo que llegamos a demostrar es que los organoides no se había deteriorado. Las células estaban vivas, ahí. ¿Por qué lo sabemos? Porque, posteriormente, al hacer la fluorescencia en los cortes histológicos, se vio que mantuvo la refulgencia. Si estuvieran muertos, se diseminaría, y se excretaría la fluorescencia. Demostramos, por tanto, que los organoides, una vez devueltos a un medio natural fisiológico, permanecen vivos”.

Por su parte, la doctora Núria Montserrat, investigadora principal del grupo de Pluripotencia para la regeneración de órganos del IBEC en el momento en que se llevó a cabo el estudio y actual consejera de investigación y Universidades de la Generalitat de Cataluña, reivindica que esta investigación “demuestra que la combinación de tecnologías de organoides y perfusión ex vivo puede permitir intervenciones celulares en condiciones totalmente controladas”. “El objetivo a largo plazo es poder regenerar o reparar un órgano antes del trasplante. Esto podría reducir el tiempo de espera de los pacientes crónicos y aumentar el número de órganos viables para el trasplante”, expone la doctora Montserrat, a través de una nota distribuida por el IBEC, en la que se explica, tal y como hiciera el doctor Centeno, que “un organoide de riñón es una estructura tridimensional, de unas micras de tamaño, cultivada en el laboratorio a partir de células madre humanas”.

"El objetivo a largo plazo es poder regenerar o reparar un órgano antes del trasplante. Esto podría reducir el tiempo de espera de los pacientes crónicos y aumentar el número de órganos viables para el trasplante”, expone la doctora Núria Montserrat, a través de una nota distribuida por el IBEC, en la que se explica, tal y como hiciera el doctor Centeno, que “un organoide de riñón es una estructura tridimensional, de unas micras de tamaño, cultivada en el laboratorio a partir de células madre humanas”

“Aunque no es un órgano completo, reproduce muchas de sus estructuras y funciones principales. Gracias a estas características, los organoides permiten estudiar cómo se desarrolla el riñón, probar nuevos fármacos y, en el futuro, se espera que puedan ser utilizados para reparar tejidos renales dañados o mejorar órganos destinados al trasplante”, señalan desde el IBEC, antes de subrayar que “el estudio describe, por primera vez, un método sistemático y escalable para producir miles de estos organoides renales humanos, utilizando técnicas de microagregación e ingeniería genética”.

Método "escalable, uniforme y asequible"

"A pesar del gran potencial clínico de los organoides, hasta ahora uno de los grandes retos para aplicar esta tecnología en tratamientos médicos reales era conseguir producir estos organoides de manera escalable, uniforme y asequible. Ahora, con nuestro nuevo método, podemos generar miles de organoides renales en condiciones controladas y en poco tiempo, con una gran precisión y sin necesidad de componentes complejos. Esto abre la puerta a aplicaciones como la detección de fármacos o el estudio de enfermedades", añade la doctora Elena Garreta, investigadora senior del grupo de Pluripotencia para la regeneración de órganos del IBEC y co-primera autora del estudio.

Por otro lado, desde el IBEC apuntan que “la utilización de las máquinas mencionadas, para llevar a cabo la perfusión de los organoides dentro de los riñones, ofrece una ventaja clave: permite medir parámetros fisiológicos del órgano en tiempo real y detectar de manera inmediata cualquier signo de daño o rechazo. Los experimentos se realizaron tanto ex vivo (fuera del organismo) como in vivo (en el mismo animal), utilizando un modelo porcino de trasplante muy similar al riñón humano”.

“Según los autores y las autoras del estudio”, agregan desde el IBEC en su nota, “esta metodología permite imaginar un escenario clínico en el que los órganos destinados al trasplante puedan ser tratados y acondicionados antes de implantarlos”, concluyen.