Función renal modelada con éxito en cultivos celulares

Ilustración 3D de riñones humanos con sección transversal

Los científicos han logrado un avance notable en la investigación de los riñones. En un artículo publicado en la revista Communications Biology, un equipo de investigadores de la Universidad de Kyoto dirigido por Ramin Sadeghian presenta un enfoque innovador para construir modelos de riñón en miniatura que se parecen mucho en estructura y función a riñones humanos de tamaño completo.

Los modelos de riñón en miniatura combinan dos enfoques comunes para modelar órganos humanos: organoides y chips de microfluidos. Al combinar estos enfoques, los investigadores pudieron mejorar la precisión de su modelo de riñón, lo que marcó un paso significativo hacia la creación de riñones en miniatura que podrían usarse para la investigación médica y el desarrollo de fármacos.

¿Qué son los organoides?

Los organoides se crean a partir de células madre. Las células madre son únicas porque tienen la notable capacidad de convertirse en casi cualquier tipo de célula. Cuando estas células reciben las señales ambientales y químicas correctas, se las puede convencer para que interactúen entre sí y formen tejido humano, incluido el tejido que forma nuestros órganos vitales como los riñones.

El modelo presentado por los investigadores de la Universidad de Kyoto supera dificultades anteriores en la investigación de organoides renales al incorporar un modelo más preciso de una estructura llamada túbulo proximal. El túbulo proximal es un sitio importante de absorción de nutrientes y eliminación de desechos en los riñones.

Los beneficios de los chips de microfluidos

Un enfoque alternativo para modelar órganos es mediante el uso de chips de microfluidos. Los chips de microfluidos consisten en materiales como vidrio y silicio con canales microscópicos grabados en ellos. Estos canales microscópicos contienen pequeñas cantidades de fluidos. Esto permite a los investigadores tener un mayor control sobre el entorno en el que crecen las células al manipular fácilmente la presión y el flujo de líquidos dentro de los canales.

Figura 1: Los chips de microfluidos son materiales con canales microscópicos grabados en su superficie.

Se han generado células del túbulo proximal y se han utilizado directamente en chips de microfluidos como modelo de los riñones. Sin embargo, estos modelos no son los más precisos porque no representan muchas de las complejas interacciones celulares entre las células del túbulo proximal y otras células renales.

Un enfoque combinado

Los investigadores de la Universidad de Kyoto especularon que al combinar organoides y chips de microfluidos, podrían modelar la función del túbulo proximal incorporando al mismo tiempo importantes interacciones celulares que los modelos anteriores pasaban por alto.

Para comenzar el proceso, se convenció a las células madre para que formaran organoides renales básicos mediante una serie de manipulaciones químicas y ambientales precisas. Después de permitir que los organoides renales maduraran, los investigadores agregaron biomarcadores fluorescentes a sus organoides para confirmar que los riñones en miniatura contenían la composición correcta de los tipos de células renales. Este paso también les permitió determinar que los organoides estaban compuestos por aproximadamente entre un 20 y un 30 % de células del túbulo proximal.

Figura 2: Crecimiento organoide del riñón después de 22 días.

A partir de ahí, el equipo descompuso el organoide y separó las células del túbulo proximal. Los investigadores esperaban que, al permitir que las células del túbulo proximal crecieran primero en un entorno organoide y luego se transfirieran a un chip de microfluidos, las células continuarían comportándose como lo hacían cuando se cultivaban con otros tipos de células renales. Esto conduciría a un modelo de “túbulo proximal en un chip” más preciso.

Después de cultivar las células del túbulo proximal dentro de un chip de microfluidos, los investigadores notaron que las células comenzaron a agregarse para formar pequeñas esferas dentro de los canales del chip de microfluidos. A pesar de este comportamiento, las tinciones fluorescentes confirmaron que las esferas todavía contenían una gran cantidad de proteínas del túbulo proximal, lo que sugiere que las células se estaban desarrollando con éxito dentro del chip.

Figura 3: Las células del túbulo proximal formaron esferas dentro de los canales de microfluidos.

Para lograr que las células del túbulo proximal formen una capa de tejido renal dentro del chip de microfluidos, los investigadores agregaron un tipo de célula secundaria a su cultivo. Estas células eran células epiteliales del túbulo proximal renal inmortalizadas.

Las células inmortalizadas han sido mutadas para que continúen dividiéndose y produciendo nuevas células indefinidamente. Las células epiteliales forman la superficie del tejido renal. Una vez que estas células se cultivaron conjuntamente con las células del túbulo proximal, el tejido resultante se aplanó dentro del chip, formando tejido renal modelo que podría usarse para experimentación.

Varias pruebas determinaron que el tejido de riñón modelo producía proteínas que coincidían con las células de riñón humano reales. Además, el modelo de riñón tenía una mayor capacidad de filtración que los modelos anteriores.

Finalmente, para simular el entorno del cuerpo humano, el equipo evaluó cómo se comportaba su modelo de riñón cuando se colocaba en un entorno fluido dinámico. Los investigadores utilizaron una bomba para impulsar líquidos a través del dispositivo de microfluidos de forma pulsante, de forma muy similar a como el cuerpo humano bombea líquidos a través del riñón. Como era de esperar, el entorno fluido dinámico mejoró la estructura y función de las células en el modelo.

Este artículo marca un hito importante en la investigación renal. Al integrar células inmortalizadas con organoides renales, los científicos han creado modelos de riñón en miniatura que replican con mayor precisión las funciones cruciales del túbulo proximal. Este progreso ofrece oportunidades para comprender las enfermedades renales y acelerar el descubrimiento de fármacos. A medida que los investigadores continúen mejorando estos extraordinarios órganos en miniatura, podemos anticipar un futuro en el que las enfermedades renales se comprenderán y tratarán mejor.