Un grupo de biólogos estadounidenses creó embriones quiméricos de humano y cerdo para cultivar músculos humanos. Para ello, usaron la técnica de edición genética CRISPR/Cas9, con la que eliminaron los genes responsables del desarrollo muscular de los cerdos y también un gen asociado con la apoptosis (muerte celular) en células humanas. El cultivo de dichos embriones duró hasta 27 días y durante el proceso, se consiguió que el tejido muscular en ellos creciera a partir de células humanas, al tiempo que el tejido nervioso y genital se generara a partir de células de cerdo. El trabajo fue publicado en Nature Biomedical Engineering.
Actualmente, los biólogos proponen resolver el problema de la falta de donantes de órganos con la ayuda de animales. Para esto hay varias soluciones: una de ellas es trasplantar el propio órgano animal, pero el sistema inmunológico humano no siempre lo acepta.
También se puede modificar genéticamente un animal para hacer que sus células se asemejen más a las humanas. Ya existen estudios emblemáticos sobre el nacimiento de cerdos con células humanas y también está el primer trasplante de piel de cerdo a persona. Sin embargo, aún no está claro qué tan seguros son los órganos de cerdo humanizados. Por ejemplo, existe el riesgo de que transporte virus incorporados que son potencialmente infecciosos para los humanos.
Finalmente, el animal se puede usar como una incubadora de órganos humanos. Para ello, es necesario crear un embrión quimérico, en el que la mayoría de las células pertenecerán al propio animal (por ejemplo, un cerdo), pero algunas serán humanas y podrán formar el órgano que se requiere.
Las «quimeras» son organismos de células genéticamente diferentes. La creación de organismos quiméricos con células humanas ha sido de interés para los científicos durante mucho tiempo, ya que podría permitir no solo estudios pre clínicos de medicamentos, sino también el crecimiento de órganos no rechazados para trasplantes.
Esto se puede lograr empleando el método de complementación de blastocisto: varias células humanas se inyectan en el embrión del cerdo en las primeras etapas de desarrollo. Además, si se usa un cerdo modificado, en el que el gen responsable del desarrollo de un órgano está desactivado, este órgano tendrá que cultivarse únicamente a partir de células humanas.
Maeng y col. / Nature Ingeniería Biomédica, 2021
Esta técnica ya se probó repetidamente en ratones, pero los experimentos con quimeras humanas se limitaron hasta ahora a la creación de embriones quiméricos en las primeras etapas. Para pasar de ellos al crecimiento de órganos dirigido, es necesario resolver tres problemas: 1) encontrar y deshabilitar genes responsables del desarrollo de órganos en un animal incubadora 2) enseñar a las células humanas a establecerse dentro de una quimera 3) asegurarse de que las células humanas no penetren en los genitales o el cerebro del animal, dado que los experimentos corren el riesgo de no ser aprobados por los comités éticos y reguladores.
Suprimiendo genes de desarrollo muscular
Un grupo de investigadores de la Universidad de Minnesota (Estados Unidos) dirigido por Daniel y Mary Garry intentó solucionar estos problemas usando cerdos. Eligieron el músculo esquelético como órgano diana, ya que este tejido es muy difícil de obtener de un donante (después de la muerte, los músculos no se trasplantan y durante la vida no son fáciles de extraer). Usando CRISPR/Cas9, los investigadores crearon embriones de cerdo modificados que carecen de tres genes clave para el desarrollo muscular: MYF5 , MYF6 y MYOD. Dichos embriones se desarrollaron al menos hasta el día 28, pero sus extremidades estaban severamente deformadas.
Luego, los autores del trabajo probaron si era posible salvar a los cerdos modificados complementando el blastocisto. Para hacer esto, al cuarto día, se insertó una célula de un cerdo común con un gen de proteína fluorescente verde a cada uno de esos embriones en el cuarto día de desarrollo. Luego, los embriones quiméricos se plantaron en el útero de los cerdos y posteriormente nacieron los animales quiméricos. Sus músculos eran completamente donantes (verde fluorescente), pero los lechones quimera se movían y se comportaban como animales normales.
Maeng y col. / Nature Ingeniería Biomédica, 2021
Cerdos como incubadoras de órganos humanos
Después de eso, los investigadores pasaron a crear quimeras humanas. Pero sospechaban que una sola célula humana podría no ser suficiente para formar músculo en el cuerpo de un cerdo. Por ello, decidieron eliminar de las células humanas genes que pudieran impedir que se arraigaran en el embrión de un cerdo. Para hacer esto, compararon la expresión genética en embriones humanos y porcinos tempranos y encontraron 257 diferencias en el trabajo de los genes asociados con la división y la apoptosis (proceso de muerte celular programada). De estos, los investigadores seleccionaron el gen TP53, que codifica la proteína p53, el principal «motor» de la apoptosis, y lo eliminaron utilizando CRISPR/Cas9, y también suministraron a las células una proteína verde fluorescente.
Finalmente, los autores del trabajo insertaron células embrionarias humanas modificadas en los embriones de cerdos modificados. De hecho, estas células se situaron y se dividieron mejor que las células normales (p <0,0001). Los embriones quiméricos se trasplantaron en el útero de los cerdos y se desarrollaron por 20 – 27 días. Exteriormente, parecían completamente normales. Después de eso, los investigadores midieron el contenido de células humanas dentro de los embriones: variaba de una en mil a una en cien mil células de cerdo. Al mismo tiempo, el 99,2 por ciento de las células musculares (a juzgar por la expresión del marcador MYOD ) que se encontraron dentro de los embriones brillaron en verde, es decir, los músculos dentro de la quimera resultaron ser completamente humanos.
Maeng y col. / Nature Ingeniería Biomédica, 2021
Además, los investigadores estaban interesados en saber si las células humanas se habían incorporado en otros órganos de los cerdos. Sin embargo, no encontraron rastros de células humanas ni en el músculo cardíaco ni en el tejido nervioso (obtuvieron resultados similares para quimeras de dos especies de cerdos).
Maeng y col. / Nature Ingeniería Biomédica, 2021
Del laboratorio a la realidad
En conclusión, los autores del trabajo lograron obtener un tejido humanizado dentro de un embrión quimérico. Sin embargo, todavía se requieren esfuerzos adicionales para llevar este método a una aplicación práctica. En primer lugar, las restricciones éticas sobre los experimentos en muchos países no permiten el crecimiento de embriones con tejido nervioso humano durante más de 14 días. Y aunque en este experimento en particular no se encontraron células humanas en el cerebro de los embriones en desarrollo, los investigadores aún tienen que confirmar esto varias veces y, al mismo tiempo, descubrir por qué sucede esto y cómo predecirlo.
En segundo lugar, casi nadie permitirá el trasplante de células en personas sin el gen TP53, uno de los principales defensores de la transformación tumoral. En este experimento en particular, la eliminación de este gen solo sirvió como prueba de que la modificación genética podría ayudar a las células a sobrevivir dentro de un embrión quimérico. Sin embargo, para una aplicación práctica, se necesitaría encontrar otros genes candidatos.
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.
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