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¿Cómo se crean y para qué sirven los mini intestinos desarrollados en el Institut Pasteur?

Laboratorio del Pasteur crea organoides para entender cómo afectan diversas enfermedades intestinales; una ventaja es la reducción de animales de experimentación

Unidad de Biología Celular del Institut Pasteur de Montevideo. Foto: L. Mainé

Mini intestinos. Eso es lo que crece en las instalaciones de un laboratorio del Institut Pasteur de Montevideo. Estos son organoides y se pueden explicar como estructuras tridimensionales que imitan los órganos de los cuales derivan y se emplean para estudiar con mayor precisión ciertas enfermedades y sus posibles tratamientos.

Y, por el momento, el plantel completamente femenino de la Unidad de Biología Celular y ProTeMCA (Programa de Tecnología Molecular, Celular y Animal) recrea organoides que simulan ser intestinos para ser infectados con los parásitos Toxoplasma gondii y Trypanosoma cruzi y la bacteria Salmonella.

El trabajo parte de uno de esos hechos increíbles de la naturaleza: el potencial de las células madre. Son células no diferenciadas que dan origen a diversas células especializadas.

En los experimentos que llevan adelante Mariela Bollati, Martina Crispo, Romina Pagotto, Hellen Daghero y Saira Cancela se emplean células madres adultas de ratones, bovinos y ovinos que se multiplican, se diferencian y simulan ser intestinos adultos.

“Los organoides in vitro son una buena alternativa a la experimentación animal”, apuntó Bollati. Esta es una de sus principales ventajas: reduce el uso de animales de experimentación. De esta manera, por ejemplo, se avanza en la investigación sobre la toxoplasmosis sin recurrir a gatos, lo que iría en contra de cuestiones éticas y, aunque se pudiera hacer, implicaría una gran inversión para la instalación de un bioterio específico.

Lo mismo ocurre para grandes animales como vacas, ovejas o cerdos, los que necesitarían un lugar destinado a la cría y control de grandes dimensiones, en donde se debe garantizar su bienestar y la seguridad del personal científico.

Pero no es la única ventaja. Bollati contó otra: “Con este modelo en tres dimensiones podés responder diversas preguntas porque los resultados in vitro son muy predictivos de lo que ocurriría en un animal”. Y añadió: “Nos abre la ventana de oportunidad para estudiar muchas cosas que no son factibles de otro modo. Por ejemplo, enfermedades infecciosas que afectan al ganado que solo las podrías estudiar cuando ya están avanzadas o realizando el aislamiento del patógeno de los animales”.

Esto ocurre para los tres proyectos en marcha. Los mini intestinos son puestos a prueba para simular la infección por Toxoplasma gondii (en colaboración con María Eugenia Francia del Institut Pasteur) y por Salmonella (en colaboración con las doctoras Lucía Yim y Laura Betancor del Instituto de Higiene). Esta última afecta a humanos y animales de producción.

Mini intestino desarrollado en el Pasteur

Pero también para conocer los mecanismos involucrados en la patogénesis de la enfermedad de Chagas. Esta afección es producida por el parásito Trypanosoma cruzi y una de sus manifestaciones clínicas es el “megacolon chagásico” que se caracteriza por un cuadro de estreñimiento crónico, entre otra alteraciones. “Infectamos los mini intestinos con el parásito para estudiar dónde y cómo se replica. Tratamos de responder preguntas básicas que después permiten entender lo que sucede en el humano”, apuntó Bollati.

Una “revolución” en los laboratorios.

“Es una tecnología que está revolucionando a nivel mundial”, presentó Romina Pagotto, integrante de la Unidad de Biología Celular del Institut Pasteur de Montevideo. Sus potenciales no se reducen a entender mecanismos de infección y otras patologías sino que puede marcar la diferencia en materia de trasplantes de órganos y medicina personalizada. “Se puede aislar una parte del intestino sano a un paciente, por ejemplo. Ya sé cómo multiplicar las células (para generar un organoide); el próximo paso es estudiar cómo introducírselo y que funcione”, señaló a El País. De esta manera, el uso futuro de organoides generados a partir de muestras del propio paciente lograría reducir la demanda de donantes y los problemas que se generan por falta de compatibilidad entre un órgano y el organismo del receptor.

El trabajo con organoides comenzó con fuerza a partir de 2009 cuando se conocieron los resultados de un estudio de Hans Clevers, del Instituto Hubrecht de Holanda. Este aisló a células madre adultas individuales para que formaran estructuras tridimensionales que imitaban a las criptas y vellosidades del intestino delgado. Más tarde, la científica Madeline Lancaster obtuvo organoides cerebrales por un accidente afortunado, mientras cultivaba células madre neurales de ratón durante su trabajo posdoctoral en el laboratorio de Jürgen Knoblich, en el Instituto de Biología Molecular de Austria. Vio que formaban unas estructuras esféricas tridimensionales que al transferirarlas a un sustrato sólido dieron lugar a estructuras corticales sencillas sin apenas más intervención.

Los organoides, tal y como suelen caracterizarse hoy en día, se construyen a partir de células madre adultas o pluripotentes (en este caso es un poco más complejo el procedimiento) y proporcionan modelos capaces de reproducir el desarrollo celular.
“La capacidad que tienen estas células, tras cientos de millones de años de evolución, para construir estructuras de orden superior es increíble”, afirmó Hans Clevers.

Gran potencial.

Los organoides pueden tener muchas aplicaciones. Solo para el intestino pueden sumarse investigaciones sobre enfermedades inflamatorias intestinales (por ejemplo, la enfermedad de Crohn o colitis ulcerosa) o sobre cáncer.

Hellen Daghero, integrante de la Unidad de Biología Celular, recordó que esta técnica puede también aplicarse a estudios sobre enfermedades no transmisibles y no infecciosas como la celiaquía; así como para estudios sobre la microbiota intestinal.

“En nuestro caso trabajamos con el intestino, pero existen reportes de organoides que recrean cerebro, pulmón, hígado o páncreas y más. Es (una tecnología) muy versátil. Podés diferenciar las células y obtenés los tipos celulares de un tejido vivo pero naturalmente derivado de células madre”, explicó.

Incluso, se pueden generar organoides a partir de muestras de biopsias de pacientes humanos. “Si una persona se somete a una colonoscopía y le hacen una biopsia, se puede generar un organoide intestinal a partir del material obtenido en el procedimiento. Es un modelo ideal para determinadas patologías porque es algo súper personalizado”, señaló Daghero a El País.

A futuro, el equipo planea aplicar técnicas de edición génica en los organoides. Con esto, por ejemplo, se podrá incorporar o silenciar genes e incluso inducir mutaciones que ocurren en la generación de un tumor específico y contribuir así a tratamientos de medicina personalizada y de precisión.

Grande como es el potencial de diferenciación de las células madre es el potencial de la tecnología para las científicas que sostienen que será capaz de responder por fin a una larga lista de preguntas biológicas.

Unidad de Biología Celular. Foto: L. Mainé

Un proceso muy rápido: listo en cinco horas.

¿Cómo es el proceso de generación de un mini intestino? La experta Romina Pagotto así lo explicó: el primer paso es la obtención de células madres adultas intestinales; estas son retiradas de las criptas del intestino de un ratón o de muestras recogidas en un frigorífico para el caso de experimentación con animales de producción. El cultivo es un proceso corto: cinco horas aproximadamente. “Se aíslan las criptas y se colocan en cultivo inmersas en una matriz (una especie de gel como las gotitas de la foto superior). Además se adicionan proteínas para la expansión o diferenciación de las células madre”, describió. En ese ambiente tridimensional generan estructuras que simulan ser un intestino. Tres o cuatro días después ya está todo listo para un experimento de infección con una bacteria o parásito en estudio. Parte del trabajo es generar bancos celulares, los cuales se conservan congelados para futuros experimentos. Así se evita recurrir a un animal cada vez que sea necesario, lo que reduce ampliamente el uso de animales y asegura homogeneidad del material.

Fuente: Elpaís