Nuevo enfoque de ensamblaje genera los organoides estomacales más complejos hasta la fecha
Crédito: Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati
En un importante paso adelante en la medicina regenerativa, los científicos del Cincinnati Children’s informan sobre el éxito en el desarrollo de un organoide estomacal tan sofisticado que tiene glándulas distintas y células nerviosas que pueden controlar las contracciones del músculo liso.
El logro demuestra que se pueden cultivar capas y porciones separadas de órganos complejos a partir de líneas separadas de células madre pluripotentes (PSC) humanas y combinarlas para un desarrollo continuo. Y el enfoque utilizado para producir estos organoides estomacales de múltiples capas también se puede usar para hacer versiones más complejas de otros órganos cultivados en laboratorio.
«Este avance en la ingeniería de tejidos es importante porque ahora podemos ensamblar complejos tejidos de órganos a partir de componentes derivados por separado, similar a un enfoque de línea de ensamblaje», dice el autor correspondiente James Wells, Ph.D.
Los hallazgos fueron publicados el 1 de diciembre de 2021 en Cell Stem Cell por Wells y el autor principal Alexandra Eicher, Ph.D.
Ensamblaje capa por capa
La mayoría de los organoides creados hasta ahora pueden formar estructuras 3D que involucran múltiples tipos de células. En una placa de laboratorio, estos pequeños órganos realizan funciones reales que brindan nuevas oportunidades para estudiar enfermedades y desarrollar curas. Pero por lo general les falta una variedad de tipos de células que serían necesarias para producir un órgano funcional de tamaño completo. Es posible que algunos no tengan fibras nerviosas clave, vasos sanguíneos internos u otros conductos y glándulas críticos que serían necesarios para conectar el órgano con el resto de los sistemas del cuerpo.
Este nuevo organoide estomacal aún no tiene todos los tipo de célula que necesita, pero representa un salto adelante.
«Empezamos con células de las tres capas germinales primarias precursores neurogliales entéricos, mesenquimales y epiteliales, todos derivados por separado de las PSC», dice Eicher. «A partir de estos generamos tejido estomacal que contenía glándulas productoras de ácido, rodeado por capas de músculo liso que contenían neuronas entéricas funcionales que controlaban las contracciones del tejido estomacal antral diseñado».
Elaboración de un organoide estomacal de tres capas. Crédito: Cincinnati Children’s Hospital Medical Center
Es importante destacar que el desarrollo de estos miniestómagos humanos no se limitó a una fina capa de medio en una placa de laboratorio. Una vez que los organoides alcanzaron una etapa crítica (alrededor de 30 días), el equipo realizó una microcirugía para trasplantar los organoides a un ratón, lo que proporcionó el flujo de sangre y el espacio biológico para permitir mucho más crecimiento.
En lugar de esferas de células que parecen puntos en un plato, estos organoides crecieron mil veces en volumen dentro de los ratones para formar mini órganos claramente visibles a simple vista.
Cuando se observan bajo un microscopio confocal, con diferentes tipos de células Teñidos para brillar en diferentes colores, estos organoides irradian un arcoíris de complejidad.
De hecho, el tejido cultivado en laboratorio se parece mucho al tejido humano cultivado naturalmente en etapas similares de desarrollo. Este nuevo organoide incluso comenzó a desarrollar una glándula de Brunner, que secreta una mucosidad alcalina que protege el duodeno (la parte superior del intestino) de la acidez del contenido del estómago a medida que comienza a fluir.
El equipo también descubrió que todos estos componentes individuales son necesarios para generar tejido estomacal con la complejidad y función adecuadas. Cada componente ayuda a guiar la formación adecuada de los otros componentes. Por ejemplo, los autores descubrieron que si no añadían los nervios durante el proceso de montaje, las glándulas y los músculos del estómago no se formaban correctamente.
Potencial inmediato y a largo plazo
Además Además de demostrar un enfoque de tres capas para desarrollar organoides estomacales, el equipo también aplicó un enfoque similar para hacer un organoide esofágico más sofisticado.
Como mínimo, estos organoides más complejos servirán como herramientas útiles para estudiar variaciones genéticas y otras disfunciones de señalización celular que contribuyen a las enfermedades gástricas y pueden servir como plataformas mejoradas para evaluar posibles tratamientos. Pero estos hallazgos pueden tener un impacto a mayor escala.
Crédito: Centro Médico del Hospital de Niños de Cincinnati
«Dado que esta tecnología se puede trasladar ampliamente a otros órganos, es posible que el tejido modificado pueda ser una fuente de material para reconstruir elementos del tracto GI superior que están dañados por trastornos congénitos o lesiones agudas», dice Wells.
Aunque queda mucho trabajo para desarrollar tejido organoide que sea adecuado para el trasplante, también se ha avanzado mucho realizado.
«Los miembros de este equipo, con una subvención reciente otorgada por el Cincinnati Children’s Hospital, ahora están trabajando para aumentar la producción de tejidos organoides de calidad terapéutica con el objetivo de trasplantarlos a pacientes para fines de la década «, dice Wells.
El Cincinnati Children’s ha desempeñado un papel de liderazgo en la investigación de organoides desde 2010, cuando Wells y sus colegas publicaron hallazgos en Nature que informaban su primer éxito en el desarrollo de tejido intestinal funcional. En 2019, el centro médico inauguró su Centro de Medicina de Organoides y Células Madre (CuSTOM) para acelerar aún más el trabajo.
A lo largo de los años, el creciente equipo ha:
- Se agregaron nervios al tejido organoide intestinal
- Se demostró cómo producir «brotes» hepáticos en masa
- Se produjeron organoides hepáticos para enfermedades específicas
- Se cultivaron las dos porciones principales del estómago
- Desarrollo de tejido funcional del esófago
- Cultivo de un sistema de tres organoides (hígado, páncreas, conductos biliares)
Próximos pasos
El laboratorio Helmrath del Cincinnati Children’s ha comenzado a trabajar para expandir esta línea de investigación más allá de los ratones. Si bien este enfoque agregará información importante a nivel de laboratorio, el equipo de investigación no cree que el uso de animales como anfitriones para seguir cultivando órganos humanos sea el método definitivo para trasplantar tejido organoide a pacientes humanos.
«Growing los órganos de tamaño completo para fines clínicos requerirían GMP (un conjunto de normas de Buenas Prácticas de Fabricación establecidas por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. para garantizar la consistencia y la seguridad) y eso probablemente excluiría la posibilidad de utilizar huéspedes animales para continuar el crecimiento», dice Eicher. . «Así que necesitaríamos una forma de hacer crecer organoides más grandes sin un huésped. Esto requeriría una forma de imitar el intercambio activo de nutrientes y gases in vitro».
Explore más
Se necesitan agallas para hacer un corazón Más información: Alexandra K. Eicher et al, Los organoides gastrointestinales humanos funcionales pueden diseñarse a partir de tres capas germinales primarias derivadas por separado del tallo pluripotente células, Célula Madre Célula (2021). DOI: 10.1016/j.stem.2021.10.010 Información de la revista: Cell Stem Cell
Proporcionado por Cincinnati Children’s Hospital Medical Center Cita: El nuevo enfoque de ensamblaje genera la mayor complejidad organoides estomacales hasta la fecha (10 de diciembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-12-approach-complex-stomach-organoids-date.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.