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Organoide

Organoide intestinal cultivado a partir de células madre Lgr5+

Un organoide es una versión miniaturizada y simplificada de un órgano producido in vitro en tres dimensiones que imita la complejidad funcional, estructural y biológica clave de ese órgano. [1] Se deriva de una o unas pocas células de un tejido , células madre embrionarias o células madre pluripotentes inducidas , que pueden autoorganizarse en un cultivo tridimensional debido a sus capacidades de autorrenovación y diferenciación . La técnica para cultivar organoides ha mejorado rápidamente desde principios de la década de 2010, y The Scientist la nombró uno de los mayores avances científicos de 2013. [2] Los científicos e ingenieros utilizan organoides para estudiar el desarrollo y la enfermedad en el laboratorio , para el descubrimiento y desarrollo de fármacos en la industria, [3] diagnósticos y medicina personalizados, terapias genéticas y celulares, ingeniería de tejidos y medicina regenerativa.

Historia

Los intentos de crear órganos in vitro comenzaron con uno de los primeros experimentos de disociación-reagregación [4] donde Henry Van Peters Wilson demostró que las células de esponja mecánicamente disociadas pueden reagregarse y autoorganizarse para generar un organismo completo. [5] En las décadas posteriores, múltiples laboratorios pudieron generar diferentes tipos de órganos [4] in vitro a través de la disociación y reagregación de tejidos de órganos obtenidos de anfibios [6] y polluelos embrionarios. [7] La ​​formación de las primeras colonias similares a tejidos in vitro se observó por primera vez mediante el cocultivo de queratinocitos y fibroblastos 3T3. [8] Los fenómenos de las células mecánicamente disociadas que se agregan y reorganizan para reformar el tejido del que se obtuvieron condujeron posteriormente al desarrollo de la hipótesis de adhesión diferencial por Malcolm Steinberg . [4] Con el advenimiento del campo de la biología de células madre , el potencial de las células madre para formar órganos in vitro se comprendió tempranamente con la observación de que cuando las células madre forman teratomas o cuerpos embrionarios , las células diferenciadas pueden organizarse en diferentes estructuras que se asemejan a las que se encuentran en múltiples tipos de tejidos . [4] El advenimiento del campo de los organoides, comenzó con un cambio del cultivo y la diferenciación de células madre en medios bidimensionales (2D), a medios tridimensionales (3D) para permitir el desarrollo de las complejas estructuras tridimensionales de los órganos. [4] La utilización de métodos de medios de cultivo 3D para la organización estructural fue posible con el desarrollo de matrices extracelulares (ECM). [9] A fines de la década de 1980, Bissell y sus colegas demostraron que un gel rico en laminina se puede utilizar como membrana basal para la diferenciación y morfogénesis en cultivos celulares de células epiteliales mamarias. [10] [11] Desde 1987, los investigadores han ideado diferentes métodos para el cultivo 3D y han podido utilizar diferentes tipos de células madre para generar organoides que se asemejan a una multitud de órganos. [4] En la década de 1990, además de su papel en el soporte físico, se informó sobre el papel de los componentes de la matriz extracelular en la expresión genética mediante su interacción con las vías de adhesión focal basadas en integrinas. [12] En 2006, Yaakov Nahmias y David Odde demostraron el autoensamblaje de los organoides vasculares.organoide hepático mantenido durante más de 50 días in vitro . [13] En 2008, Yoshiki Sasai y su equipo en el instituto RIKEN demostraron que las células madre pueden ser persuadidas a convertirse en bolas de células neuronales que se autoorganizan en capas distintivas. [14] En 2009, el Laboratorio de Hans Clevers en el Instituto Hubrecht y el Centro Médico Universitario de Utrecht , Países Bajos, demostró que las células madre intestinales que expresan LGR5 individuales se autoorganizan en estructuras de cripta-vellosidad in vitro sin necesidad de un nicho mesenquimal , lo que las convierte en los primeros organoides. [15] En 2010, Mathieu Unbekandt y Jamie A. Davies demostraron la producción de organoides renales a partir de células madre renogénicas derivadas de fetos murinos. [16] En 2014, Qun Wang y sus colaboradores diseñaron geles basados ​​en colágeno-I y laminina y biomateriales de espuma sintética para el cultivo y administración de organoides intestinales [17] y encapsularon nanopartículas de oro funcionalizadas con ADN en organoides intestinales para formar un caballo de Troya intestinal para la administración de fármacos y la terapia génica. [18] Los informes posteriores mostraron una función fisiológica significativa de estos organoides in vitro [19] e in vivo . [20] [21]

Otros avances importantes incluyen que en 2013 Madeline Lancaster, del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia Austriaca de Ciencias, estableció un protocolo a partir de células madre pluripotentes para generar organoides cerebrales que imitan la organización celular del cerebro humano en desarrollo. [22] Meritxell Huch y Craig Dorrell, del Instituto Hubrecht y del Centro Médico Universitario de Utrecht, demostraron que las células Lgr5+ individuales del hígado de ratón dañado pueden expandirse clonalmente como organoides hepáticos en un medio de cultivo basado en Rspo1 durante varios meses. [23] En 2014, Artem Shkumatov et al., de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, demostraron que los organoides cardiovasculares pueden formarse a partir de células madre embrionarias mediante la modulación de la rigidez del sustrato al que se adhieren. La rigidez fisiológica promovió la tridimensionalidad de los CE y la diferenciación cardiomiogénica. [24]

Propiedades

Lancaster y Knoblich [4] definen un organoide como una colección de tipos de células específicas de órganos que se desarrolla a partir de células madre o progenitores de órganos, se autoorganiza a través de la clasificación celular y el compromiso de linaje restringido espacialmente de una manera similar a in vivo , y exhibe las siguientes propiedades:

Proceso

La formación de organoides generalmente requiere cultivar células madre o células progenitoras en un medio 3D. [4] Las células madre tienen la capacidad de auto-renovarse y diferenciarse en varios subtipos celulares, y permiten comprender los procesos de desarrollo y progresión de la enfermedad. [25] Por lo tanto, los organoides derivados de células madre permiten estudiar la biología y la fisiología a nivel de órganos. [26] El medio 3D se puede hacer usando un hidrogel de matriz extracelular como Matrigel o Cultrex BME, que es una matriz extracelular rica en laminina que es secretada por la línea tumoral Engelbreth-Holm-Swarm. [27] Los cuerpos organoides se pueden hacer luego mediante la incrustación de células madre en el medio 3D. [4] Cuando se usan células madre pluripotentes para la creación del organoide, las células generalmente, pero no siempre, se dejan formar cuerpos embrionarios . [4] Esos cuerpos embrionarios luego se tratan farmacológicamente con factores de patrón para impulsar la formación de la identidad organoide deseada. [4] También se han creado organoides utilizando células madre adultas extraídas del órgano objetivo y cultivadas en medios 3D. [28]

Las señales bioquímicas se han incorporado en cultivos de organoides 3D y con la exposición de morfogenes, inhibidores de morfogenes o factores de crecimiento, se pueden desarrollar modelos de organoides utilizando células madre embrionarias (ESC) o células madre adultas (ASC). Se pueden utilizar técnicas de vascularización para incorporar microambientes que estén cerca de sus contrapartes, fisiológicamente. Los sistemas de vasculatura que pueden facilitar el oxígeno o los nutrientes a la masa interna de los organoides se pueden lograr a través de sistemas microfluídicos, sistemas de administración de factores de crecimiento endotelial vascular y módulos recubiertos de células endoteliales. [9] Con células madre pluripotentes inducidas derivadas de pacientes (iPSC) [29] y tecnologías de edición genómica basada en CRISPR/Cas [30] , se pueden generar células madre pluripotentes (PSC) editadas o mutadas del genoma con señales de señalización alteradas para controlar las señales intrínsecas dentro de los organoides.

Tipos

Se han recapitulado multitud de estructuras de órganos utilizando organoides. [4] Esta sección tiene como objetivo describir el estado actual del campo proporcionando una lista abreviada de los organoides que se han creado con éxito, junto con un breve resumen basado en la literatura más reciente para cada organoide y ejemplos de cómo se ha utilizado en la investigación.

Organoide cerebral

Un organoide cerebral describe órganos en miniatura cultivados artificialmente, in vitro , que se asemejan al cerebro . Los organoides cerebrales se crean cultivando células madre pluripotentes humanas en una estructura tridimensional utilizando un biorreactor rotacional y se desarrollan en el transcurso de meses. [22] El procedimiento tiene aplicaciones potenciales en el estudio del desarrollo, la fisiología y la función del cerebro. Los organoides cerebrales pueden experimentar "sensaciones simples" en respuesta a la estimulación externa y los neurocientíficos se encuentran entre los que expresan su preocupación de que dichos órganos puedan desarrollar sensibilidad . Proponen que una mayor evolución de la técnica debe estar sujeta a un riguroso procedimiento de supervisión. [31] [32] [33] En 2023, los investigadores han construido una biocomputadora híbrida que combina organoides cerebrales humanos cultivados en laboratorio con circuitos convencionales y puede completar tareas como el reconocimiento de voz. [34] Los organoides cerebrales se están utilizando actualmente para investigar y desarrollar tecnologías de inteligencia organoide (IO) . [35]

Organoide gastrointestinal

Los organoides gastrointestinales se refieren a los organoides que recapitulan estructuras del tracto gastrointestinal . El tracto gastrointestinal surge del endodermo , que durante el desarrollo forma un tubo que puede dividirse en tres regiones distintas, que dan lugar, junto con otros órganos, a las siguientes secciones del tracto gastrointestinal: [4]

  1. El intestino anterior da origen a la cavidad oral y al estómago.
  2. El intestino medio da origen al intestino delgado y al colon ascendente.
  3. El intestino posterior da origen al recto y al resto del colon.

Se han creado organoides para las siguientes estructuras del tracto gastrointestinal:

Organoide intestinal

Los organoides intestinales [15] hasta ahora han estado entre los organoides intestinales generados directamente a partir de tejidos intestinales o células madre pluripotentes. [4] Una forma en que las células madre pluripotentes humanas pueden ser impulsadas a formar organoides intestinales es primero mediante la aplicación de activina A para impulsar las células a una identidad mesoendodérmica, seguida de la regulación positiva farmacológica de las vías de señalización Wnt3a y Fgf4 , ya que se ha demostrado que promueven el destino intestinal posterior. [4] Los organoides intestinales también se han generado a partir de células madre intestinales, extraídas de tejido adulto y cultivadas en medios 3D. [28] Estos organoides derivados de células madre adultas a menudo se denominan enteroides o colonoides, según su segmento de origen, y se han establecido a partir del intestino humano y murino. [15] [36] [37] Los organoides intestinales consisten en una sola capa de células epiteliales intestinales polarizadas que rodean un lumen central. Como tal, recapitule la estructura cripta-vellosidad del intestino, recapitulando su función, fisiología y organización, y manteniendo todos los tipos de células que se encuentran normalmente en la estructura, incluidas las células madre intestinales. [4] Por lo tanto, los organoides intestinales son un modelo valioso para estudiar el transporte intestinal de nutrientes, [38] [39] la absorción y administración de fármacos, [40] [41] los nanomateriales y la nanomedicina, [42] [43] la secreción de la hormona incretina, [44] [45] y la infección por varios enteropatógenos. [46] [47] Por ejemplo, el equipo de Qun Wang diseñó racionalmente nanopartículas de virus artificiales como vehículos de administración oral de fármacos (ODDV) con modelos mucosos derivados de organoides intestinales [48] y demostró un nuevo concepto de uso de organoides de colon recientemente establecidos como herramientas para la detección de fármacos de alto rendimiento, pruebas de toxicidad y desarrollo de fármacos orales. [49] Recientemente, Sakib, S. y Zou, S. desarrollaron nanopartículas de óxido de grafeno para administrar ARNi que regula la expresión del factor de necrosis tumoral-α, que tenía como objetivo tratar organoides intestinales que exhiben un fenotipo inflamatorio. [50] Los organoides intestinales también recapitulan la estructura de la cripta-vellosidad con un grado tan alto de fidelidad que se han trasplantado con éxito a intestinos de ratones y, por lo tanto, se los considera un modelo valioso para la investigación. [4]Uno de los campos de investigación en los que se han utilizado los organoides intestinales es el del nicho de células madre. Los organoides intestinales se utilizaron para estudiar la naturaleza del nicho de células madre intestinales , y la investigación realizada con ellos demostró el papel positivo que tiene IL-22 en el mantenimiento de las células madre intestinales, [51] junto con la demostración de los roles de otros tipos de células como las neuronas y los fibroblastos en el mantenimiento de las células madre intestinales. [28] En el campo de la biología de las infecciones, se han explorado diferentes sistemas modelo basados ​​en organoides intestinales. Por un lado, los organoides se pueden infectar en masa simplemente mezclándolos con el enteropatógeno de interés. [52] Sin embargo, para modelar la infección a través de una ruta más natural a partir del lumen intestinal, se requiere la microinyección del patógeno . [53] [54] Además, la polaridad de los organoides intestinales se puede invertir, [55] e incluso se pueden disociar en células individuales y cultivar como monocapas 2D [56] [57] para hacer que tanto el lado apical como el basolateral del epitelio sean más fácilmente accesibles. Los organoides intestinales también han demostrado potencial terapéutico. [58]

Un organoide intestinal (Minigut) crece en 7 días. Las barras de escala miden 200 μm.

Para recapitular con mayor precisión el intestino in vivo , se han desarrollado cocultivos de organoides intestinales y células inmunes . [57] Además, los modelos de órgano en un chip combinan organoides intestinales con otros tipos de células, como células endoteliales o inmunes , así como flujo peristáltico . [59] [60]

Organoide gástrico

Los organoides gástricos recapitulan al menos parcialmente la fisiología del estómago . Los organoides gástricos se han generado directamente a partir de células madre pluripotentes a través de la manipulación temporal de las vías de señalización de FGF , WNT , BMP , ácido retinoico y EGF en condiciones de cultivo tridimensionales. [61] También se han generado organoides gástricos utilizando células madre adultas del estómago que expresan LGR5 . [62] Los organoides gástricos se han utilizado como modelo para el estudio del cáncer [63] [64] junto con la enfermedad humana [61] y el desarrollo. [61] Por ejemplo, un estudio [64] investigó las alteraciones genéticas subyacentes detrás de la población de tumores metastásicos de un paciente e identificó que, a diferencia del tumor primario del paciente, la metástasis tenía ambos alelos del gen TGFBR2 mutados. Para evaluar más a fondo el papel de TGFBR2 en la metástasis, los investigadores crearon organoides donde se inhibe la expresión de TGFBR2, a través de lo cual pudieron demostrar que la actividad reducida de TGFBR2 conduce a la invasión y metástasis de tumores cancerosos tanto in vitro como in vivo .

Organoide lingual

Los organoides linguales son organoides que recapitulan, al menos en parte, aspectos de la fisiología de la lengua. Los organoides linguales epiteliales se han generado utilizando células madre epiteliales que expresan BMI1 en condiciones de cultivo tridimensionales mediante la manipulación de EGF , WNT y TGF-β . [65] Este cultivo de organoides, sin embargo, carece de receptores gustativos , ya que estas células no surgen de células madre epiteliales que expresan Bmi1. [65] Sin embargo, los organoides de papilas gustativas linguales que contienen células gustativas se han creado utilizando células madre/progenitoras LGR5 + o CD44 + del tejido de la papila circunvalada (CV). [66] Estos organoides de papilas gustativas se han creado con éxito tanto directamente a partir de células madre/progenitoras gustativas aisladas que expresan Lgr5- o LGR6- [67] como indirectamente, a través del aislamiento, digestión y posterior cultivo de tejido CV que contiene células madre/progenitoras Lgr5+ o CD44+. [66]

Otro

Los organoides tímicos recapitulan al menos en parte la arquitectura y la funcionalidad del nicho de células madre del timo , [71] que es un órgano linfoide donde maduran las células T. Los organoides tímicos se han generado mediante la siembra de células estromales tímicas en un cultivo tridimensional. [71] Los organoides tímicos parecen recapitular con éxito la función del timo, ya que el cocultivo de células madre hematopoyéticas o de médula ósea humanas con organoides tímicos de ratón dio como resultado la producción de células T. [71]
Los recientes avances en placas de microtitulación repelentes de células han permitido una detección rápida y rentable de grandes bibliotecas de fármacos de moléculas pequeñas frente a modelos 3D de cáncer de páncreas. Estos modelos son consistentes en cuanto a fenotipo y perfiles de expresión con los encontrados en el laboratorio del Dr. David Tuveson .

Ahora es fácil obtener modelos de organoides tridimensionales de cáncer cerebral derivados de explantos derivados de pacientes (PDX) o directamente de tejido canceroso, lo que permite una detección de alto rendimiento de estos tumores frente al panel actual de medicamentos aprobados en todo el mundo.

Los agregados celulares autoensamblados que consisten en células madre embrionarias de la médula ósea, astrocitos y pericitos están surgiendo como una alternativa potencial a los modelos transwell y microfluídicos para ciertas aplicaciones. Estos organoides pueden generar muchas características de la BHE, como la expresión de uniones estrechas, transportadores moleculares y bombas de eflujo de fármacos, y por lo tanto pueden usarse para modelar el transporte de fármacos a través de la BHE. Además, pueden servir como modelo para evaluar las interacciones entre la BHE y el tejido cerebral adyacente y proporcionar una plataforma para comprender las capacidades combinadas de un nuevo fármaco para superar la BHE y su efecto sobre el tejido cerebral. Además, estos modelos son altamente escalables y más fáciles de fabricar y operar que los dispositivos microfluídicos. Sin embargo, tienen una capacidad limitada para reconstruir la morfología y la fisiología de la BHE y no pueden simular el flujo fisiológico y la tensión de corte .

Investigación básica

Los organoides permiten estudiar cómo interactúan las células entre sí en un órgano, su interacción con su entorno, cómo las afectan las enfermedades y el efecto de los fármacos. El cultivo in vitro hace que este sistema sea fácil de manipular y facilita su seguimiento. Si bien los órganos son difíciles de cultivar porque su tamaño limita la penetración de nutrientes, el pequeño tamaño de los organoides limita este problema. Por otro lado, no exhiben todas las características de los órganos y las interacciones con otros órganos no se recapitulan in vitro . Si bien la investigación sobre células madre y la regulación de la pluripotencia fue el primer campo de aplicación de los organoides intestinales [15] , ahora también se utilizan para estudiar, por ejemplo, la absorción de nutrientes, el transporte de fármacos y la secreción de hormonas incretinas [102] . Esto es de gran relevancia en el contexto de las enfermedades por malabsorción , así como de las enfermedades metabólicas como la obesidad , la resistencia a la insulina y la diabetes .

Modelos de enfermedad

Los organoides brindan la oportunidad de crear modelos celulares de enfermedades humanas, que pueden estudiarse en el laboratorio para comprender mejor las causas de la enfermedad e identificar posibles tratamientos. El poder de los organoides en este sentido se demostró por primera vez para una forma genética de microcefalia , donde se usaron células de pacientes para crear organoides cerebrales , que eran más pequeños y mostraban anomalías en la generación temprana de neuronas. [22] En otro ejemplo, el sistema de edición del genoma llamado CRISPR se aplicó a células madre pluripotentes humanas para introducir mutaciones dirigidas en genes relevantes para dos enfermedades renales diferentes, la enfermedad renal poliquística y la glomeruloesclerosis focal y segmentaria . [83] Estas células madre pluripotentes modificadas con CRISPR se cultivaron posteriormente en organoides renales humanos, que exhibieron fenotipos específicos de la enfermedad. Los organoides renales de células madre con mutaciones de enfermedad renal poliquística formaron estructuras quísticas grandes y translúcidas a partir de túbulos renales. Cuando se cultivaron en ausencia de señales adherentes (en suspensión), estos quistes alcanzaron tamaños de 1 cm de diámetro durante varios meses. [103] Los organoides renales con mutaciones en un gen vinculado a la glomeruloesclerosis focal y segmentaria desarrollaron defectos de unión entre los podocitos, las células de filtrado afectadas en esa enfermedad. [104] Es importante destacar que estos fenotipos de la enfermedad no estaban presentes en los organoides de control con antecedentes genéticos idénticos, pero que carecían de las mutaciones CRISPR. [83] [103] [104] La comparación de estos fenotipos de organoides con tejidos enfermos de ratones y humanos sugirió similitudes con defectos en el desarrollo temprano. [103] [104]

Tal como lo desarrollaron por primera vez Takahashi y Yamanaka en 2007, las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) también se pueden reprogramar a partir de fibroblastos de la piel del paciente. [105] Estas células madre tienen el trasfondo genético exacto del paciente, incluidas las mutaciones genéticas que podrían contribuir al desarrollo de la enfermedad humana. La diferenciación de estas células en organoides renales se ha realizado a partir de pacientes con síndrome de Lowe debido a mutaciones ORCL1 . [106] Este informe comparó organoides renales diferenciados a partir de iPSC de pacientes con iPSC de control no relacionados y demostró una incapacidad de las células renales del paciente para movilizar el factor de transcripción SIX2 del complejo de Golgi . [106] Debido a que SIX2 es un marcador bien caracterizado de las células progenitoras de la nefrona en el mesénquima de la cubierta , los autores concluyeron que la enfermedad renal observada frecuentemente en el síndrome de Lowe (falla global de la reabsorción del túbulo proximal o síndrome de Fanconi renal ) podría estar relacionada con la alteración en el patrón de la nefrona que surge de las células progenitoras de la nefrona que carecen de esta importante expresión del gen SIX2 . [106]

Otros estudios han utilizado la edición genética CRISPR para corregir la mutación del paciente en las células iPSC del paciente para crear un control isogénico , que se puede realizar simultáneamente con la reprogramación de iPSC. [107] [108] [109] La comparación de un organoide derivado de iPSC del paciente contra un control isogénico es el estándar de oro actual en el campo, ya que permite el aislamiento de la mutación de interés como la única variable dentro del modelo experimental. [110] En uno de estos informes, los organoides renales derivados de iPSC de un paciente con síndrome de Mainzer-Saldino debido a mutaciones heterocigotas compuestas en IFT140 se compararon con un organoide de control isogénico en el que una variante de IFT140 que da lugar a una transcripción de ARNm no viable se corrigió mediante CRISPR. [108] Los organoides renales del paciente demostraron una morfología ciliar anormal consistente con los modelos animales existentes que se rescató a la morfología de tipo salvaje en los organoides corregidos genéticamente. [108] El perfil transcripcional comparativo de células epiteliales purificadas a partir de organoides de pacientes y de control destacó las vías involucradas en la polaridad celular , las uniones célula-célula y el ensamblaje del motor de dineína , algunas de las cuales habían sido implicadas en otros genotipos dentro de la familia fenotípica de ciliopatías renales. [108] Otro informe que utilizó un control isogénico demostró una localización anormal de nefrina en los glomérulos de organoides renales generados a partir de un paciente con síndrome nefrótico congénito . [109]

También se pueden modelar aspectos como el metabolismo epitelial. [111]

Medicina personalizada

Los organoides intestinales cultivados a partir de biopsias rectales utilizando protocolos de cultivo establecidos por el grupo Clevers se han utilizado para modelar la fibrosis quística [112] y condujeron a la primera aplicación de organoides para el tratamiento personalizado. [113] La fibrosis quística es una enfermedad hereditaria causada por mutaciones genéticas del gen regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística que codifica un canal iónico epitelial necesario para los fluidos superficiales epiteliales saludables. Los estudios del laboratorio de Jeffrey Beekman (Wilhelmina Children's Hospital, University Medical Center Utrecht, Países Bajos) describieron en 2013 que la estimulación de organoides colorrectales con agonistas que aumentan el AMPc, como la forskolina o la toxina del cólera, inducía una rápida hinchazón de los organoides de una manera totalmente dependiente del CFTR. [112] Mientras que los organoides de sujetos sin fibrosis quística se hinchan en respuesta a la forskolina como consecuencia del transporte de fluidos hacia los lúmenes de los organoides, esto se reduce severamente o está ausente en los organoides derivados de personas con fibrosis quística. La hinchazón podría restaurarse mediante terapias que reparen la proteína CFTR (moduladores de CFTR), lo que indica que las respuestas individuales a la terapia de modulación de CFTR podrían cuantificarse en un entorno de laboratorio preclínico. Schwank et al. también demostraron que el fenotipo de organoides de fibrosis quística intestinal podría repararse mediante la edición genética CRISPR-Cas9 en 2013. [114]

Estudios de seguimiento de Dekkers et al. en 2016 revelaron que las diferencias cuantitativas en la hinchazón inducida por forskolina entre los organoides intestinales derivados de personas con fibrosis quística se asocian con marcadores de diagnóstico y pronóstico conocidos, como mutaciones del gen CFTR o biomarcadores in vivo de la función CFTR. [113] Además, los autores demostraron que las respuestas del modulador CFTR en organoides intestinales con mutaciones específicas de CFTR se correlacionaban con datos de ensayos clínicos publicados de estos tratamientos. Esto condujo a estudios preclínicos en los que se encontró que los organoides de pacientes con mutaciones CFTR extremadamente raras para quienes no se había registrado ningún tratamiento respondían fuertemente a un modulador CFTR clínicamente disponible. El beneficio clínico sugerido del tratamiento para estos sujetos basado en la prueba preclínica de organoides se confirmó posteriormente tras la introducción clínica del tratamiento por parte de miembros del centro clínico de FQ bajo la supervisión de Kors van der Ent (Departamento de Neumología Pediátrica, Hospital Infantil Wilhelmina, Centro Médico Universitario de Utrecht, Países Bajos). Estos estudios muestran por primera vez que los organoides pueden utilizarse para la adaptación individualizada de la terapia o la medicina personalizada .

Trasplantes de organoides

Las propiedades de autorrenovación y regeneración de los organoides intestinales los convierten en candidatos prometedores para terapias de trasplante, en particular para enfermedades que implican la alteración de la barrera epitelial. Cabe destacar que se ha demostrado que el trasplante de organoides en el duodeno de ratones ayuda a la recuperación de daños en la mucosa en ratones con lesión por isquemia-reperfusión. [115]

El primer trasplante exitoso de un organoide en un ser humano, un paciente con colitis ulcerosa cuyas células se utilizaron para el organoide, se llevó a cabo en 2022. [116] [117]

Como modelo para la biología del desarrollo

Los organoides ofrecen a los investigadores un modelo excepcional para estudiar la biología del desarrollo . [118] Desde la identificación de las células madre pluripotentes , ha habido grandes avances en la dirección del destino de las células madre pluripotentes in vitro utilizando cultivos 2D. [118] Estos avances en la dirección del destino de las PSC, junto con los avances en las técnicas de cultivo 3D permitieron la creación de organoides que recapitulan las propiedades de varias subregiones específicas de una multitud de órganos. [118] El uso de estos organoides ha contribuido en gran medida a ampliar nuestra comprensión de los procesos de organogénesis y el campo de la biología del desarrollo. [118] En el desarrollo del sistema nervioso central , por ejemplo, los organoides han contribuido a nuestra comprensión de las fuerzas físicas que subyacen a la formación de la copa retiniana. [118] [119] Un trabajo más reciente ha ampliado ampliamente los períodos de crecimiento de los organoides corticales y, a casi un año en condiciones de diferenciación específicas, los organoides persisten y tienen algunas características de las etapas de desarrollo fetal humano. [120]

Véase también

Referencias

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