José Becerra Ratia
Academia Malagueña de Ciencias
Para avanzar en el conocimiento de la investigación clínica, tras los hallazgos conseguidos en las etapas previas, se necesita realizar pruebas en humanos o en sistemas lo más próximos a humanos. La investigación con animales ha sido la única alternativa posible antes de llegar a los ensayos controlados con personas, los llamados ensayos clínicos. El aumento progresivo de la sensibilidad social ante el trato a los animales ha forzado la necesidad de mitigar el sufrimiento animal en los ensayos de laboratorio. La tecnología que subyace al cultivo de organoides abre un mundo nuevo en este campo y supone un nuevo paradigma en el avance de la investigación biomédica.
Los ensayos clínicos realizados en personas son la única vía para que un nuevo medicamento o una propuesta terapéutica cualquiera consiga la aprobación de las administraciones públicas para su uso en humanos con las mayores garantías. Pero antes de llegar a la realización de pruebas en personas, el proceso científico que lleva hasta ese punto es un largo camino que suele sustanciarse en los laboratorios, en aquellos que se investiga con la vista puesta en la aplicación clínica de sus resultados.
La investigación biomédica básica es la ciencia que explora los mecanismos moleculares, celulares y fisiológicos de la salud y la enfermedad en el laboratorio, sin una aplicación clínica inmediata, buscando entender el «por qué» y el «cómo» de los procesos vitales y patológicos para generar conocimiento fundamental que luego se traslade a la clínica. A diferencia de la investigación pura o fundamental que opera sin una aplicación práctica inmediata, simplemente el «saber por saber» para generar teorías y principios generales, la biomedicina se enfoca en la biología y patología, usando modelos animales, cultivos celulares o estudios de tejidos para descubrir nuevas dianas terapéuticas y sentar las bases para la investigación traslacional y clínica. Es lo que se ha llamado en la terminología anglosajona, from bench to bedside, desde la mesa de laboratorio (la poyata) a la cama del enfermo.
El punto más controvertido de la parte preclínica del proceso es aquel en el que el empleo de animales de investigación resulta imprescindible para continuar el avance, para dotar el proceso de verisimilitud experimental que apoye y justifique el paso al ensayo clínico, que es el punto culminante en el que la propuesta terapéutica se convierte en prueba en humanos, con casos y controles, que den lugar a resultados fehacientes y, a ser posibles, incontrovertidos sobre eficacia y seguridad.
A medida que fue aumentando la sensibilidad de la sociedad ante el sufrimiento animal, se fueron introduciendo restricciones reglamentarias que propiciaron el desarrollo de pasos alternativos en el laboratorio que conseguían minimizar el uso de animales de experimentación. Los cultivos celulares en dos dimensiones, tecnología que permite la manipulación de células en el laboratorio, fue muy bienvenida en este ámbito puesto que permite probar moléculas con valor terapéutico en sistemas experimentales in vitro que de alguna forma se acercan y, por tanto, pueden predecir el comportamiento del presunto fármaco en el organismo humano, aunque con muchas limitaciones. Los cultivos de células humanas normales o provenientes de individuos afectados de una patología concreta, e incluso tumorales, los llamados modelos de enfermedad in vitro, proporcionan información muy valiosa al proceso preclínico. Pero, incluso en estos casos, la investigación en animales de experimentación, predominantemente mamíferos de pequeño tamaño y, a veces, de talla mayor, resultaba inevitable.
En las postrimerías del s. XX y principio del XXI ocurrió un hecho trascendental que haría cambiar la investigación biomédica en este campo. Si bien el conocimiento sobre la existencia de las llamadas células troncales (stem cells), que en español se tradujeron como células madre, es muy anterior, es en 1998 cuando se constata que las células madre embrionarias (indiferenciadas o no especializadas) obtenidas de blastocistos* tempranos y cultivadas en el laboratorio, podían diferenciarse a cualquier tipo celular especializado de cualquiera de los tejidos conocidos en el individuo adulto, piel, músculo, hígado, sangre, nervioso, etc. Es decir, las células del blastocisto mostraban su pluripotencialidad en las condiciones adecuadas de cultivo y convertía a este sistema en fuente de grandes utilidades médicas (medicina regenerativa) y experimentales, que han poblado la literatura científica de los últimos 25 años.
Los organoides son estructuras tridimensionales miniaturizadas, cultivadas in vitro, producidas a partir de células madre humanas, derivadas de individuos sanos o pacientes con una determinada patología, que recapitulan la heterogeneidad celular, la estructura y las funciones de los órganos humanos. Son una versión simplificada y en miniatura de un órgano, que se produce in vitro, en tres dimensiones y que muestra una anatomía realista. Primero son un acúmulo de células que se dividen activamente y después crecen hasta tener el tamaño de la cabeza de un alfiler. En ese momento, y bajo los estímulos adecuados esa estructura es un armazón de células especializadas que puede asemejarse al de los diferentes órganos del cuerpo. Crecen constantemente, se dividen en pequeños fragmentos, vuelven a crecer, se dividen de nuevo y reproducen las funciones y características clave de un órgano. Por ejemplo, si se extraen células madre del hígado, se crea un organoide hepático con las funciones principales del hígado, si del pulmón, tendría las del pulmón, etc. Para cada tejido, normalmente se necesitan componentes adicionales que conduzcan el proceso de especialización de las células. Por ejemplo, para obtener organoides de próstata, necesitamos añadir testosterona, para el tejido mamario, estrógeno, factores de crecimiento, etc.
Una vez establecida la pauta para conseguir unos organoides determinados, el uso más frecuente, en estos momentos, es para pruebas con fármacos. Se utilizan para cribar y probar nuevos medicamentos de forma más eficiente y predecible que en modelos animales, incluso a partir de células de pacientes concretos se avanza en la medicina personalizada creando organoides derivados de cada paciente pudiendo comprobar el efecto de un fármaco concreto en organoides normales o afectados de una determinada enfermedad. Recientemente se ha comunicado el uso de organoides producidos a partir de células madre tumorales (en este caso han recibido el nombre de tumoroides) para el desarrollo de un anticuerpo llamado petosemtamab contra las células madre de ciertos tumores sólidos, que tras los ensayos in vitro con estos organoides está listo para ser autorizado en ensayos clínicos inmediatos. Disponer de una herramienta terapéutica para atacar las células madre de los tumores es de una novedad extraordinaria, ya que posibilitará destruir selectivamente las células que dan origen al cáncer, que no suelen ser vulnerables a los quimioterápicos habituales, por su baja tasa de proliferación respecto a las células tumorales propiamente dichas, y que son las responsables de las recidivas que se producen en muchos casos tras los tratamientos convencionales.
Este capítulo de la investigación con tumoroides merece una consideración aparte. Es conocido el hecho de que el mismo tratamiento no produce idéntico resultado cuando se aplica en personas diferentes, y no digamos entre tipos de tumores distintos. La variabilidad en la tipología de cáncer y en la respuesta de cada paciente a los tratamientos plantea la necesidad de avanzar, no solo en la medicina personalizada sino también en la precisión de ese tratamiento en cada caso. Los análisis multiómicos (información molecular del genoma, transcriptoma, proteoma y metaboloma) han demostrado características conservadas entre tumores y tumoroides, es decir en los organoides de tumores cultivados se reproducen las cualidades biológicas de los tumores de los que se originan.
Si bien los usos que se han avanzado más arriba ya son suficientemente elocuentes como para que los organoides ocupen un lugar destacado en la agenda biomédica actual, hay otra dirección que empuja el interés por esta línea experimental. De todos es conocida la necesidad de órganos para trasplante y las diferentes líneas abiertas para mejorar la disponibilidad que acorte las listas de espera, entre las que los xenotrasplantes ocupan un lugar destacado. Los organoides también postulan por esta línea de progreso clínico y el trasplante renal parece un objetivo alcanzable. Desde hace pocos meses se trabaja intensamente en la creación de organoides que a modo de “minirriñones” puedan ser usados para este fin. A pesar de la profusión y el éxito del trasplante de riñón, éste no es un órgano simple, sino que está compuesto por más de una veintena de tipos celulares especializados en las diferentes funciones que se realizan en el órgano. El reto del cultivo de organoides renales es alcanzar tal diversidad de células en tan reducidas dimensiones y limitadas condiciones de oxigenación y nutrición, así como idear procedimientos para implantar estas unidades de manera eficiente.
Una vía de progreso se está trabajando, entre otros, en un laboratorio español del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), en el grupo de Nuria Monserrat, que desde hace más de diez años persigue esta aplicación. Su idea más reciente, en continua evolución desde que iniciara los primeros estudios, es usar miles de organoides formados por hasta 19 tipos celulares diferentes, de no más de 200 micras de tamaño para posibilitar su inyección a través del sistema arterial, y mediante un sistema complejo de perfusión desarrollado al efecto. Su objetivo, más que sustituir será regenerar el riñón dañado tras el establecimiento de nuevas unidades filtrante en el estroma renal a partir de los organoides así implantados. Los primeros resultados realizados en cerdo han sido publicados en Nature Biomedical Engineering, a finales de 2025.
*José Becerra Ratia es Catedrático de Biología Celular y Profesor Emérito de la UMA, y Académico de número de la AMC
*Blastocisto: fase del desarrollo embrionario humano de 7 días tras la fecundación, formado por unos pocos cientos de células, antes de definirse las tres capas embrionarias (ecto, meso y endodermo) de las que surgirán todos los tejidos del individuo adulto (epitelial, nervioso, muscular, sanguíneo y conectivo), formados por más de 200 tipos celulares diferentes.
Fantástico artículo!