NeoFronteras

Logran cultivar en laboratorio, a partir de células madre, copas ópticas (precursores de ojos) sin necesidad de que haya desarrollo embrionario.

Copa óptica obtenida en cultivo. Fuente: Riken.

En una escena de la película Blade Runner unos personajes están en una especie de laboratorio en donde se crean ojos, presumiblemente con técnicas de ingeniería biológica avanzadas. A cualquier con un poco de formación científica esa escena probablemente le pareció un tanto ridícula, pues era difícil imaginar crear sólo un ojo sin el desarrollo embrionario que crea el resto del cuerpo. Quizás no seamos capaces un día de hacer eso, pero parece que al menos ciertos tejidos complejos del ojo sí se pueden crear ya en un medio de cultivo, sin necesidad de desarrollo embrionario, a partir de células madre.
El desarrollo embrionario está cada día mejor caracterizado a nivel molecular o celular, pero todavía estamos muy lejos de comprender cómo la acción de células de diversos tipos se organiza en tres dimensiones para crear los tejidos y órganos complejos.
Una cuestión importante es saber si la comunicación entre tejidos vecinos es esencial a la hora de guiar la organogénesis o si puede aparecer de forma autónoma a partir de rutinas de desarrollo para dar lugar a un tejido primordial. Encontrar la respuesta a esta pregunta es crítica para comprender mejor el fenómeno del desarrollo embrionario y la habilidad de controlar la diferenciación de población de células en configuraciones deseadas.
Se ha dado un paso adelante en este sentido gracias al trabajo de Mototsugu Eiraku y sus colaboradores del Laboratorio de Neurogénessis y Organogénesis, de la Universidad de Kyoto y de la Universidad de Osaka. En ese trabajo, publicado en Nature, se describe cómo células madre embrionarios de ratón son capaces de diferenciarse y ensamblarse en una copa óptica, tejido organizado que aparece durante el desarrollo embrionario y que da lugar más tarde a la parte posterior del ojo. El tejido obtenido exhibe la estructura estratificada característica de la retina in vivo.
En este trabajo se han usado las últimas técnicas disponibles para cultivo tridimensional de tejidos no solo para demostrar que la capacidad de auto-organización y de pluripotencia de las células madre, sino también la dinámica celular subyacente.
Las bases mecánicas de la formación de la copa óptica, con su compleja estructura de dos capas, ha sido una cuestión que se ha mantenido en embriología. La retina, cuyo origen está el cerebro medio es una parte del sistema nervioso. Su desarrollo comienza con la formación de la vesícula óptica, un bolsillo de epitelio que terminará formando la copa óptica y que desarrolla una doble capa de células. Tiene pigmentos en la más externa y una retina neuronal en la más interna. Generalmente se creía que esta transformación se disparaba gracias a las influencias mecánicas y físicas de los otros tejidos que lo rodean, como la córnea. Pero ya Hans Spemann, padre de la embriología moderna, sugirió que quizás estas fuerzas de inducción externas no eran necesarias.
Para resolver esta cuestión, este grupo de investigadores trabajó sobre una serie de técnicas y encontraron una (SFEBq) que se prestaba para la investigación y que ya había sido usada para la diferenciación de células madre en tejido nervioso. Añadiendo una matriz de proteínas extracelulares (básicamente una especie de gelatina denominada Matrigel) estos investigadores fueron capaces de cultivar células y de producir en siete días, y con una alta eficiencia, el precursor epitelialmente organizado de la retina. En un momento dado se formaba una estructura en forma de vesícula y después, en el día 10, se formaba la copa bicapa. La pigmentación y la formación de neuronas características de las dos capas se formaba espontáneamente, indicando que la copa óptica se podía formar in vitro y aisladamente, y lo más importante, en ausencia de todo tipo de señales de otros tejidos.

Distintas fases del cultivo in vitro. Fuente: Riken.

El estudio de microscopia reveló que las células precursoras de la retina se diferenciaban en células pigmentarias y la capa de neuronas, y que el tejido sufría cuatro pasos morfológicos para organizarse y encontrar el camino para así asumir la estructura de la copa óptica.
Los investigadores pueden explicar mediante simulaciones computacionales los mecanismos que hay detrás de todo esto y sugieren que son principalmente tres.
Finalmente excitaron la capa de neuronas de los tejidos obtenidos y encontraron que las células sufrían una mitosis activa y que finalmente se organizaban en seis estratos y formaban sinapsis, una estructura que recordaba mucho a la retina posnatal.
Este trabajo resuelve un problema de un siglo de duración de la embriología y muestra que los precursores de la retina tienen la capacidad inherente de dar lugar a estructuras complejas de la copa óptica. Según este resultado puede que las células tengan instrucciones que les permiten auto-organizarse para formar cualquier órgano.
Aunque la copa óptica obtenida se parece mucho a la real hay algunas diferencias. La principal es que la real transmite impulsos nerviosos al cerebro del ratón mientras que la otra es sólo sensible a la luz. Pero en estudios previos se sugirió que era posible trasplantar retinas entre roedores adultos.
Hasta ahora sólo se había conseguido diferenciar y cultivar distintos tipos de células a partir de células madre. Este trabajo permite soñar con la posibilidad de que en un futuro se pueda crear tejidos complejos que puedan ser usados en medicina regenerativa, como en el tratamiento de la retinitis pigmentosa y otras enfermedades similares o malformaciones congénitas de la retina. No es descabellado pensar en el cultivo de órganos enteros en un futuro lejano.
Los especialistas del campo están muy sorprendidos por este resultado ya que creían que nunca verían algo así. Algunos sospechan que esto es sólo la punta del iceberg que estamos en la antesala de una nueva fase en investigación con células madre.
En resumidas cuentas, se ha conseguido cultivar un proto-ojo a partir de un conjunto de células indiferenciadas. No nos queda más remedio que recapacitar, al menos durante unos segundos, sobre este logro.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.