Biología

Los científicos crearon pequeños órganos que podrían poner fin a las pruebas con animales

Los científicos crearon pequeños órganos que podrían poner fin a las pruebas con animales


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Un sistema completo de órganos en miniatura conocidos como "organoides" ha sido creado por científicos del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa. Al hacerlo, han construido el modelo de laboratorio del cuerpo humano más sofisticado del mundo.

El objetivo del sistema es que estos pequeños órganos, u "organoides", pueden determinar con éxito si un producto farmacéutico es tóxico para el cuerpo humano o no, lo que también ayudaría a poner fin a las pruebas con animales. El mundo de los organoides no es completamente nuevo, sin embargo, el experimento de Wake Forest ha sido apodado como el "Modelo de laboratorio del cuerpo humano más sofisticado del mundo".

Sus hallazgos fueron publicados en la revista científica Biofabricación.

VER TAMBIÉN: EXPERIMENTO DE LA NASA: ASTRONAUTAS ÓRGANOS EN CRECIMIENTO A BORDO DE LA ESTACIÓN ESPACIAL INTERNACIONAL

Investigar y crear nuevos medicamentos médicos

El desarrollo de nuevos medicamentos requiere mucho dinero, tiempo y, a veces, la vida de una gran cantidad de animales. Según un informe publicado en el American Journal of Gastroenterology, cuesta aproximadamente $ 868 millones a $ 1,24 mil millones desarrollar una droga. Es aún más desalentador cuando los medicamentos que han costado mucho tiempo, esfuerzo, dinero y vidas animales tienen que retirarse del estante, ya que no pueden predecir adecuadamente si la sustancia será o no tóxica para los humanos en el mundo. plazo más largo. Ahora, una pequeña innovación puede proporcionar grandes respuestas.

Investigadores del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa y la Universidad Estatal de Ohio han desarrollado un sistema completo que replica órganos humanos en tamaños microscópicos. Todo, desde el hígado hasta el corazón y los pulmones, se puede recrear en tamaños diminutos para mejorar los productos farmacéuticos que buscan realizar pruebas que actualmente requieren placas de Petri o animales.

Luego, el sistema se incrustó en un chip de computadora.

"Tratamos de hacer que los órganos se relacionen mucho con cómo se ven dentro de ti, muy similares a cómo se verían en la escala macro si los estuviéramos implantando", dijo el coautor del estudio Anthony Atala, presidente y director del instituto de el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa dijoMecánica popular.

Organoides

Estos mini órganos se han denominado "organoides" y son cultivos de tejido en 3D que se obtienen a partir de células madre. Para dar una estimación de cuán pequeños son, van desde el tamaño menor que el ancho de un mechón de cabello hasta cinco milimetros.

Esta no es la primera vez que los investigadores crean organoides en un laboratorio, el propio Atala ha estado trabajando en organoides desde principios de la década de 2000. Sin embargo, esta es la primera vez que han podido demostrar con éxito niveles de toxicidad para los humanos.

Atala y su equipo se concentraron en construir un sistema lo más cercano posible al sistema humano real. Por ejemplo, el corazón organoide bombea aproximadamente 60 veces por minuto, similar al corazón humano. El hígado humano contiene cinco tipos principales de células, al igual que el organoide.

Una vez que se cultivan los organoides, los investigadores pueden realizar pruebas en ellos. Aquí es donde se podría erradicar la experimentación con animales.

Atala mencionó "Podemos probar quimioterapias para ver cuál funcionaría mejor para un paciente determinado. Esto es excelente para la medicina personalizada". Este es un gran paso adelante en el campo de la medicina.

¿Cómo crean estos pequeños órganos?

Curiosamente, los cimientos de la investigación de organoides se remontan a 1906, cuando Ross Granville Harrison adaptó por primera vez un método de cultivo celular tridimensional llamado "gota colgante" para su uso en el estudio de tejidos embrionarios.

Para los no iniciados, Harrison fue un biólogo y anatomista estadounidense a quien se le atribuye el mérito de hacer crecer el primer cultivo de tejido nervioso artificial. Sus contribuciones serían el camino guía hacia el descubrimiento del factor de crecimiento nervioso en la década de 1950, un componente fundamental para nuestro estudio de las células madre en la actualidad. Durante los últimos 15 años, aunque todavía existen limitaciones, los órganos se pueden cultivar en un laboratorio y el campo continúa innovando.

Pero, ¿cómo lo hacen? Dentro de un entorno de laboratorio, los investigadores deben primero aislar pequeñas muestras de órganos y tejidos humanos para asegurarse de que los órganos diminutos tengan la misma funcionalidad. ¿Qué significa esto? Como se mencionó anteriormente, si creara un corazón organoide, bombearía al mismo ritmo que un corazón humano. Por eso el mundo de los órganos diminutos es tan emocionante.

Otros equipos de investigación fuera de la Universidad Estatal de Ohio y el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa también han creado organoides. Además del modelo de laboratorio en miniatura del cuerpo humano, que es útil para probar medicamentos, los organoides también tienen la capacidad de actuar como reemplazo de órganos.

Entonces, ¿qué han crecido los investigadores hasta ahora?

Un par de riñones compactos

El Centro de Medicina Regenerativa creó un par de organoides de riñón cultivados en laboratorio. Estos órganos fueron luego trasplantados a ratas por investigadores. Según el artículo de investigación donde menciona el estudio en detalle, "Aproximadamente 100,000 individuos en los Estados Unidos actualmente esperan un trasplante de riñón, y 400.000 personas vive con enfermedad renal en etapa terminal que requiere hemodiálisis ".

Los riñones trasplantables y reemplazables permanentemente ayudarían a abordar este problema actual. Para hacer esto, el injerto diseñado por bioingeniería debería tener la arquitectura y función del riñón y permitir la perfusión, filtración, secreción, absorción y drenaje de la orina.

Sobre todo, debería ser compatible con el destinatario para evitar el rechazo. Los investigadores no solo pudieron crear estos pequeños riñones y trasplantarlos a ratas, sino que al trasplantar el riñón, los nuevos órganos pudieron filtrar la sangre y producir orina con éxito.

Los organoides de hígado diminutos más lindos

El Centro MRC de Medicina Regenerativa también ha avanzado en el mundo de los organoides, creando hígados diminutos. En el estudio, los investigadores pudieron tomar tallos hepáticos, o células progenitoras hepáticas, para regenerar hígados dañados en ratones. ¿Cómo funcionó esto? Los investigadores extrajeron células madre de un grupo de ratones sanos. Luego tomaron estas células y las hicieron madurar en el laboratorio. Una vez maduras, las células se trasplantaron de nuevo a los ratones sin insuficiencia hepática. Todo el proceso duró unos tres meses.

Creando organoides intestinales

Los investigadores del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati han desarrollado intestinos organoides.

Usando células madre pluripotentes, los investigadores pudieron cultivar tejido intestinal humano en el laboratorio. Sin embargo, en comparación con otros procesos mencionados en este artículo, hicieron algo diferente. Para lograr que el tejido adopte una arquitectura de tejido adulto, los investigadores trasplantaron el tejido al riñón de un ratón, donde maduró dentro del animal.

Los investigadores del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati esperan que este método pueda utilizarse en última instancia para el tratamiento de enfermedades gastrointestinales a nivel mundial.

Y, ¿podemos desarrollar pequeños estómagos?

Si podemos. Creado también por un equipo de investigación del Centro Médico del Hospital de Niños de Cincinnati, los investigadores han encontrado una manera de hacer crecer tejido gástrico tridimensional. El proceso implica tomar células madre pluripotentes humanas y persuadirlas para que se conviertan en células del estómago. ¿El resultado? Organoides de solo tres milímetros de diámetro. Pequeños órganos como estos podrían usarse para estudiar varios modelos de enfermedades y sus efectos en el estómago.

Según el equipo de investigación, "las enfermedades gástricas, incluida la úlcera péptica y el cáncer gástrico, afectan al 10% de la población mundial y se deben en gran medida a la infección crónica por Helicobacter pylori.

Las diferencias de especies en el desarrollo embrionario y la arquitectura del estómago adulto hacen que los modelos animales sean subóptimos para estudiar la organogénesis y patogénesis del estómago humano, y no existe un modelo experimental de la mucosa gástrica humana normal ".

Los organoides podrían eliminar las pruebas con animales

El lado más oscuro de las pruebas de drogas generalmente involucra las pruebas con animales. Para los no iniciados, las pruebas con animales a menudo se centran en los procedimientos realizados en animales vivos para la investigación de la biología básica y las enfermedades, la evaluación de la eficacia de nuevos productos medicinales y la prueba de la seguridad sanitaria y medioambiental de los productos de consumo e industriales.

Esto puede incluir cosméticos, limpiadores domésticos, aditivos alimentarios, productos farmacéuticos y agroquímicos industriales.

Lamentablemente, los animales que forman parte de estos procedimientos tienden a ser sacrificados o incluso pueden reutilizarse en otros experimentos. Según la Humane Society International, se estima que 115 millones de animales se prueban en todo el mundo cada año.

A medida que se desarrollen más órganos pequeños en laboratorios de todo el mundo, seremos capaces de abordar lentamente los desafíos éticos de las pruebas con animales, mientras creamos medicamentos mejores y más seguros para los humanos. Aún más, el mundo de los organoides es un precursor de la próxima era de los trasplantes de órganos listos para el laboratorio.

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