Una pequeña pieza de cerebro, un mini cáncer: los investigadores siempre pueden producir telas eficientes a partir de la fe en el laboratorio. Permiten una comprensión más profunda de muchas enfermedades, tratamientos individuales y quizás incluso menos experimentos con animales.
En el laboratorio de Barbara Treutlein, los pequeños cerebros crecen en la placa de Petri.
En una placa de Petri en un laboratorio de Basilea, doce bultos blancos de una burbuja de guisantes en una delicada solución nutricional. Parecen sin vida desde el exterior. Pero en el interior, se envían diez millones de células nerviosas de ida y vuelta.
Porque cada uno de los pequeños bultos es un cerebro en miniatura. O más bien: una pieza de tela muy similar al cerebro delantero humano. Los organoides se llaman estos órganos de los órganos de la placa de Petri en el mundo profesional.
Fue hace solo dieciséis años que los científicos desarrollaron el primer organoide. Desde entonces, una revolución ha pasado casi desapercibida. Los organoides son ahora una parte integral de la investigación médica. Cáncer, Alzheimer, diabetes, enfermedades infecciosas, defectos genéticos: la lista de enfermedades que se estudian usando organoides es casi infinita. Y los científicos están descubriendo más y más áreas de aplicación para los mini órganos artificiales.
Los organoides son el sistema de prueba perfecto
El organoide cerebral en el laboratorio de Basilea elevó al equipo de Barbara Treutlein. Es profesor de ETH Zurich en el Departamento de Biosistemas de Basilea y uno de los pioneros de la investigación organoide.
Barbara Treutlein ha buscado organoides desde 2014.
Su objetivo es hacer que las telas sean realmente más similares. Dado que cuanto más un organoide es similar, el tejido, más probable es que reaccione como el órgano real, por ejemplo, a un medicamento. En la industria farmacéutica, los organoides se han establecido rápidamente como un sistema de prueba. «Esperamos acortar el tiempo para desarrollar una droga», dice Treutlein. La industria farmacéutica invierte mucho en el desarrollo posterior de los organoides.
Los organoides pueden permitir experimentos que de otro modo serían imposibles. Con la ayuda de los organoides cerebrales, por ejemplo, los investigadores pudieron mostrar cómo y por qué el Zikavirus desencadena un daño grave al cerebro de los niños aún no nacidos. Experimentos en el tejido cerebral de los niños aún no nacidos: sin organoides eso sería impensable. En general, los organoides son adecuados para examinar cuidadosamente los procesos durante el desarrollo embrionario. Los investigadores pueden descubrir qué está pasando mal con algunas enfermedades genéticas y encontrar puntos de partida para nuevas terapias.
Los organoides permiten terapias hechas a medida
Los organoides ya están cambiando sus vidas para los primeros pacientes. Las personas con fibrosis quística grave de la enfermedad crónica sufren trastornos digestivos, tos constante y una función pulmonar cada vez más peor. Sin asistencia médica, las personas afectadas a menudo mueren en la infancia o la adolescencia. Varios medicamentos son elegibles para el tratamiento, pero algunos de ellos son muy caros y trabajan incluso para algunas de las personas afectadas.
Por lo tanto, en los Países Bajos, los investigadores han desarrollado una prueba que muestra qué pacientes prometen en qué pacientes. Para hacer esto, puede ver una pequeña cantidad de células del intestino y criar un organoide intestinal. La droga será probada esta prueba. Si el organoide reacciona positivamente al medicamento, generalmente también ayudará al paciente. El procedimiento ya está integrado en el sistema de salud en los Países Bajos: si la prueba indica que un medicamento debería funcionar, el seguro adquiere un tratamiento costoso.
Esta medicina personalizada también quiere presentar a los científicos para el tratamiento del cáncer. Aquí también hay terapias muy caras que ayudan solo a un pequeño grupo de pacientes. Además, muchas terapias estándar están asociadas con efectos secundarios extremadamente fuertes. También desea hacerlo a los pacientes solo si es muy probable que el tratamiento sea exitoso. De una o más muestras de tejido tumoral, los investigadores pueden elevar los modelos del cáncer individual de un paciente en el laboratorio y probar diferentes terapias. Los investigadores esperan que estas pruebas lleguen gradualmente a la práctica clínica diaria en los próximos años. Ya están en marcha varios estudios.
The Heart Organoid Beats, el organoide cerebral envía señales
Estos éxitos se deben principalmente a dos desarrollos en la investigación de los organoides: hoy hay protocolos detallados sobre cómo criar organoides por todos los tejidos posibles, desde el corazón, de las áreas del cerebro, el intestino, pero también de las glándulas de gases lacrimógenos, el cartílago articular o los nodos linfáticos. Y con el tiempo, los organoides se han vuelto cada vez más complejos y más fraterales.
«Los organoides son mucho más que bultos simples de las células», dice Barbara Treutlein. Las células en el organoide deben organizarse como tres dimensionales como en el tejido real y la misma mezcla de tipos de células. Esto también permite una cierta medida realizar la función del cuerpo real. Esto significa: un organoide cardíaco rítmicamente late, un orgánico renal produce orina, un organoide cerebral envía señales eléctricas de un lado a otro.
Bajo el microscopio, puede ver que el organoide cerebral en la placa de Petri está estructurado como un tejido cerebral real.
Para criar organoides, los científicos necesitan células madre como material de partida. Estas son células que aún pueden desarrollarse en diferentes tipos de células. Los investigadores pueden controlar este desarrollo a través de exactamente algunos cócteles químicos, de modo que, por ejemplo, se crea un tejido cerebral realista.
Más precisamente, las condiciones en la placa de Petri reflejan la situación durante el desarrollo normal de los tejidos, mientras se desarrollan las células madre como se esperaba. Pero no es tan fácil. «Durante el desarrollo normal, las condiciones para las células cambian constantemente», dice Treutlein. Por lo tanto, las señales químicas en la solución nutricional también deben intercambiarse para que el organoide permanezca de la manera correcta de desarrollarse. Si experimenta con el protocolo, las células pueden activar fácilmente la ruta incorrecta. «Una vez que nuestras células comenzaron de repente cómo vencer rítmicamente las células musculares del corazón, las células nerviosas deberían haber sido», dice Treutlein.
Para verificar si los organoides se han desarrollado correctamente, Treutlein usa pruebas de estado -del -Art. En él, las células individuales en el organoide se miden de una manera extremadamente precisa para que puedan determinar pequeñas diferencias entre ellas. Porque hay mucho más tipos diferentes de células en los órganos de lo que piensas. «Hoy sabemos que hay unos pocos miles de tipos diferentes de células nerviosas en el cerebro», dice Treutlein. Por lo tanto, las células nerviosas no son la misma célula nerviosa. Y solo porque un organoide parece corazón o cerebro bajo un microscopio, no debe reproducir bien el órgano real.
Las telas cada vez más complejas se crean en el laboratorio.
Los organoides se utilizan en más y más áreas de investigación médica. En los últimos años, el número de publicaciones científicas con la mención de organoides ha explotado. Solo el año pasado, había más de 4,000.
El gran éxito de los pequeños órganos aumenta las esperanzas de que mucho más sea posible en el futuro.
Investigadores y activistas para los derechos de los animales quieren reemplazar más y más experimentos con animales con experimentos sobre organoides. Hasta ahora, esto es posible solo en un tamaño pequeño. Porque en el animal los efectos de una droga pueden probarse en un cuerpo completo. La interacción de varios órganos, un sistema inmune completo, los nervios y los vasos sanguíneos que conectan todo: todo esto falta en las pruebas a los organoides hasta ahora.
Pero los científicos también trabajan allí. «Estamos tratando de obtener cada vez más complejidad en el organoide», dice Treutlein. Ya hay los primeros organoides que también contienen células inmunes, organoides intestinales que albergan un microbioma e incluso chips en los que varios organoides están conectados a un sistema.
El tamaño del organoide también se presenta a los desafíos científicos. Porque el tamaño del guisante del organoide cerebral en el laboratorio Treutlein no es tan fácil de alcanzar. Para que los organoides puedan ser más grandes que unos pocos milímetros, se necesitan vasos sanguíneos. Sin este tejido dentro de una tela con más frecuencia, ningún oxígeno y ningún nutriente recibiría y morirían. Por lo tanto, el equipo de Barbara Treutlein trabaja para cultivar el organoide cerebral junto con las células que forman vasos sanguíneos.
¿Qué piensan los pequeños cerebros de su placa de Petri? Treutlein no está preocupado por esto. «Por supuesto, una pequeña pieza de corteza frontal no puede pensar solo», dice. Además, faltan las entradas de los sentidos y la interacción con el resto del cerebro y el cuerpo.