Organoides fetales generados a partir de líquido amniótico humano

METROMomentos después del nacimiento, el bebé respira por primera vez cuando la placenta, que ha servido como pulmón del feto durante la gestación, transfiere la responsabilidad a los propios órganos del bebé. Sin embargo, para los pacientes nacidos con hernia diafragmática congénita (CDH), una rara afección en la que el diafragma no se cierra, provocando un deterioro del desarrollo pulmonar, la entrada al mundo es más precaria.¹ Los casos más graves de la enfermedad provocan daños multiorgánicos y aproximadamente treinta porciento de los bebés diagnosticados con HDC nunca abandonan el hospital.²

El diagnóstico por imágenes y los exámenes genéticos ayudan a los médicos a detectar enfermedades fetales congénitas en el útero, pero los modelos para estudiar el desarrollo de órganos y la progresión de la enfermedad son limitados. Durante la ultima decada, organoides se han convertido en una plataforma cada vez más popular para modelar la función y la enfermedad de los órganos.³ Sin embargo, la generación de organoides fetales se complica por las restricciones éticas y legales sobre la recolección de los tejidos humanos necesarios para generar los miniórganos.

Ahora, informando en Medicina de la naturalezalos investigadores generaron organoides fetales utilizando células derivadas de líquidos amnióticos y traqueales humanos.⁴ Estos miniórganos ofrecen un enfoque mínimamente invasivo para modelar enfermedades durante un embarazo activo y eventualmente pueden informar el desarrollo de intervenciones prenatales personalizadas.

“Tener acceso al tejido fetal ofrece la posibilidad de modelar el tejido fetal mientras el bebé aún está en el útero”, dijo Mattia Gerlibiólogo de células madre del University College London (UCL) y coautor del estudio.

Los científicos utilizan células de pacientes para generar organoides que poseen ciertas características y funciones del órgano modelado y al mismo tiempo conservan la huella genética del individuo. Sin embargo, muchas de estas plataformas requieren largos protocolos de desdiferenciación revertir las células somáticas a un estado de pluripotencia y luego reprogramarlas para que se desarrollen como otro tipo de célula.⁵ A diferencia de los organoides generados a partir de células madre pluripotentes, los organoides primarios utilizan células madre o células progenitoras específicas de tejido y, por lo tanto, requieren una manipulación mínima.³ Si bien el campo de los organoides está relativamente avanzado en términos del uso de tejidos adultos, los investigadores solo pueden generar organoides fetales primarios utilizando tejido de embarazos interrumpidos. “Esto hizo que fuera básicamente imposible [generate organoids] compatible con la continuación del embarazo y por lo tanto en forma de medicina personalizada”, afirmó Gerli. Para buscar fuentes alternativas de componentes organoides, Gerli y sus colegas recurrieron al líquido amniótico.

Durante la gestación, el feto flota en un estanque protector de líquido amniótico.⁶ El líquido amarillento contiene una mezcla de nutrientes y anticuerpos producidos por los padres, así como contribuciones menos glamorosas del feto, incluida la orina. También incluye células fetales que se desprenden durante el desarrollo, que los médicos pueden extraer y analizar en busca de signos de enfermedad.

“Históricamente se pensaba que esas células eran células muertas o células que se desprendían del revestimiento de la cavidad del líquido amniótico”, dijo Shaun Kunisaki, cirujano pediátrico de la Universidad Johns Hopkins que no participó en el estudio. La mayoría de las células del líquido amniótico son epiteliales, pero los científicos sabían muy poco sobre estas poblaciones de células.³ “Todo cambió cuando [Gerli] “Comencé a observar el nivel de células individuales de lo que sucedió en el líquido amniótico”, dijo Paolo De Coppibiólogo de células madre y cirujano pediátrico de la UCL y coautor del estudio.

Gerli y sus colegas utilizaron la secuenciación de ARN unicelular para caracterizar el líquido amniótico de 12 pacientes y descubrieron subpoblaciones de células epiteliales que expresaban marcadores típicos de los progenitores del pulmón, el riñón y el intestino delgado. Los investigadores cultivaron células progenitoras específicas de tejido, las alimentaron con un cóctel químico para favorecer el crecimiento y observaron cómo proliferaban, se diferenciaban y se autoorganizaban en organoides epiteliales tridimensionales. Los miniórganos compartían algunas características transcriptómicas y proteicas que se encuentran en sus tejidos de origen. Por ejemplo, las células epiteliales de pulmón que se desarrollaron y diferenciaron en cultivo tuvieron una expresión elevada de marcadores de las vías respiratorias en comparación con sus contrapartes no diferenciadas. De manera similar, los organoides epiteliales del riñón expresaron marcadores asociados con los túbulos renales, que son componentes integrales del sistema de filtración de los riñones.

Aunque el líquido amniótico contenía células de otros tejidos, los investigadores no pudieron convertirlas en organoides, lo que sugiere que carecen de capacidades progenitoras. Otros grupos de investigación han cultivado con éxito organoides fetales a partir de células somáticas flotando alrededor del líquido amniótico, y los miniórganos generados mediante este enfoque son más complejos que los modelos desarrollados por De Coppi y su equipo.⁷ Sin embargo, los métodos de reprogramación tardan hasta 20 semanas en generar organoides. Si el objetivo es utilizar organoides para informar las intervenciones prenatales, el momento oportuno es fundamental.

Para los casos más graves de HDC, los médicos realizan una cirugía prenatal para implantar un balón que bloquea artificialmente la tráquea. Esto evita que el líquido pulmonar se escape, lo que genera una acumulación de presión que ayuda a promover el desarrollo pulmonar. De Coppi señaló que la cirugía se realiza alrededor de las 25 semanas de gestación. Sin embargo, los médicos solo pueden eliminar de manera segura el líquido amniótico a partir de la semana 15, lo que brinda a los científicos una ventana de 10 semanas para generar organoides específicos del paciente que podrían usar para probar medicamentos que podrían apoyar aún más el crecimiento pulmonar cuando se usan junto con intervenciones quirúrgicas. Debido a que los investigadores utilizan células progenitoras que no requieren ninguna reprogramación, pueden generar los organoides de los pacientes en cuatro a seis semanas. “Perdemos complejidad, pero ganamos tiempo”, afirmó Gerli.

Para explorar la utilidad de su plataforma en el modelado de enfermedades, De Coppi y su equipo generaron organoides pulmonares utilizando líquido amniótico de fetos con CDH. Los minipulmones CDH recapitularon algunas características de la enfermedad, como la elevación del receptor de angiotensina 2 (A LAS 2) la expresion genica. Debido a que recolectaron líquido amniótico antes y después de la intervención quirúrgica, los investigadores pudieron comparar los organoides generados en los dos momentos. De Coppi y su equipo observaron una reducción en la expresión del factor de transcripción 9 del marcador progenitor epitelial SRY-box (SOX9) después del procedimiento, indicando la maduración del tejido. Sin embargo, debido al tamaño limitado de la muestra, no realizaron análisis dentro de los sujetos.

Aunque las células desprendidas capturadas en el líquido amniótico ofrecen un método mínimamente invasivo para adquirir tejidos fetales, Kunisaki dijo: “Independientemente de si [the cells] son un fiel reflejo de lo que sucede en el desarrollo fetal siempre ha sido un poco controvertido”. Kunisaki también señaló que el estudio se limita a tres tipos de células, pero a menudo es la interacción entre varias poblaciones de células lo que es importante para modelar el desarrollo de órganos. “Es un poco limitado en términos de eso, pero de todos modos, los hallazgos que presentan son realmente prometedores”, dijo Kunisaki.

“La otra posibilidad de que [these organoids] abrir es estudiar el desarrollo del pulmón en una etapa donde el acceso a ese tejido es muy difícil”, dijo De Coppi. Dadas las diversas restricciones legales sobre el acceso a los tejidos fetales, particularmente más allá de las 22 semanas de gestación, Gerli dijo que su plataforma podría proporcionar a los científicos una forma mínimamente invasiva de monitorear el desarrollo de estos tejidos en etapas posteriores del embarazo. “Ese es un avance bastante importante que está aportando esta tecnología”, afirmó Gerli.

Los organoides aún requieren validación clínica, pero Gerli y De Coppi esperan que su modelo beneficie a los pacientes en el futuro. “El objetivo con esto es poder utilizar los organoides como plataforma para el modelado de enfermedades y pruebas de fármacos para estos pacientes”, dijo Gerli.

Algunos medicamentos están disponibles comercialmente, pero los pacientes responden de manera diferente a los tratamientos, que actualmente sólo se administran después del parto. La administración prenatal de estas terapias podría fomentar la formación adecuada del diafragma en una fase más temprana del desarrollo. “Esa es una posibilidad realmente intrigante basada en este tipo de tecnología”, dijo Kunisaki.

Referencias

1. Zani A, et al. Hernia diafragmática congénita. Imprimaciones Nat Rev Dis. 2022;8(1):37.
2. Politis MD, et al. Prevalencia y mortalidad en niños con hernia diafragmática congénita: un estudio multinacional. Ann Epidemiol. 2021;56:61-69.e3.
3. Calá G, et al. Modelos primarios de organoides humanos: progreso actual e hitos clave. Frente Bioeng Biotecnología. 2023;11:1058970.
4. Gerli MFM, et al. Derivación prenatal guiada unicelular de organoides epiteliales fetales primarios a partir de líquidos amniótico y traqueal humanos. Medicina de la naturaleza. 2024;30(3):875-887.
5. Kim J, et al. Organoides humanos: sistemas modelo para la biología humana. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020;21(10):571-584.
6. Underwood MA, et al. Líquido amniótico: ya no sólo orina fetal. J Perinatol. 2005;25(5):341-348.
7. Kunisaki SM, et al. Organoides pulmonares derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos en un modelo ex vivo del pulmón fetal con hernia diafragmática congénita. Transl Med de células madre. 2021;10(1):98-114.