Modelos organoides y sus aplicaciones: una guía para principiantes
Los organoides son estructuras tridimensionales que pueden simular la estructura y función de los órganos del cuerpo. Se desarrollan a partir de células madre en condiciones específicas de cultivo in vitro e incluyen una variedad de tipos de células.
El gran avance en la tecnología de organoides se produjo en 2009, cuando el laboratorio de Hans Cleaves en el Centro Médico Universitario de Utrecht en los Países Bajos descubrió por primera vez que las células madre en el intestino delgado adulto podían proliferar y autoorganizarse. en organoides in vitro[1].
Los organoides tienen muchas ventajas sobre el cultivo celular bidimensional tradicional. Por ejemplo, los organoides pueden mostrar una composición celular y funciones fisiológicas cercanas a los estados fisiológicos, y muchos organoides pueden multiplicarse y pasarse varias veces durante el cultivo manteniendo la estabilidad del genoma. Los modelos con estas características son particularmente adecuados para biobancos y cribado de paso alto. En comparación con los modelos animales, los modelos organoides pueden reducir la complejidad de los experimentos y permitir la aplicación de tecnología de imágenes en tiempo real. Es más, los modelos animales son difíciles o imposibles de simular con precisión el desarrollo humano y la investigación de enfermedades, algo que sí pueden hacer los modelos organoides.
La clave de la tecnología organoide es obtener células madre adultas y luego reconstruir la estructura y función del tejido fuente en condiciones de cultivo adecuadas. Los sistemas de cultivo organoides se utilizan para construir el microambiente necesario para que las células madre se conviertan en tejidos con estructuras y funciones específicas.
Los organoides se pueden construir a partir de muestras sólidas resecadas quirúrgicamente o a partir de muestras por aspiración. Para el tejido sólido, el primer paso es eliminar tanto tejido no epitelial como músculo y grasa. Luego, el tejido naciente se corta en trozos pequeños con un bisturí y se digiere con enzimas para disociar el tejido en una suspensión unicelular. A continuación, la suspensión unicelular se siembra en un hidrogel de matriz extracelular 3D, como extracto de membrana basal (BME), Matrigel o Geltrex. Después de la siembra, es necesario agregar un medio que contenga factores de crecimiento para desencadenar la respuesta regenerativa de las células madre. Existen diferencias en los componentes de los medios necesarios durante el cultivo de diferentes tejidos y organoides.
Después de construir el modelo organoide, se necesitan algunos métodos para comparar la similitud entre el modelo organoide construido y el tejido fisiológico. Por ejemplo, después de construir un modelo similar a un órgano intestinal de ratón, los autores utilizaron tinción por inmunofluorescencia, inmunohistoquímica y microscopía electrónica para detectar si el modelo similar a un órgano contenía tipos de células comunes en la estructura de la cripta intestinal, como células epiteliales intestinales y células caliciformes. , Células de Paneth y células enteroendocrinas. Por tanto, se puede demostrar que el órgano intestinal construido puede reproducir la diversidad celular contenida en el tejido intestinal normal.
En gran medida, los organoides deben considerarse como un sistema modelo en rápido desarrollo. Esta tecnología ha mostrado un gran potencial de desarrollo en muchos campos. A continuación se muestran algunas áreas de aplicación donde están surgiendo los organoides.
(1) Establecer una base de datos de muestras biológicas. Por ejemplo, un estudio reciente estableció un biobanco de cáncer gástrico. El cáncer gástrico es una enfermedad heterogénea, que se manifiesta por múltiples subtipos tisulares y moleculares, como la inestabilidad de microsatélites (IMS), el virus de Epstein-Barr, la inestabilidad cromosómica intestinal (CIN), el tipo difuso, etc. Como modelo de células in vitro, el biobanco de órganos similares a tumores puede obtener características genómicas muy cercanas a las de las células tumorales in vivo mediante tecnología de secuenciación. Se pueden identificar varios subtipos de tumores combinando datos de secuenciación del genoma y morfología del tejido.
(2) Estudiar el mecanismo de la enfermedad. Por ejemplo, se tomaron tejido normal, tejido del área no inflamatoria de la colitis ulcerosa y tejido del área inflamatoria y tejido tumoral relacionado con la colitis para construir modelos similares a órganos mediante secuenciación y secuenciación dirigida de todos los exones de los órganos monoclonales, se reveló la colitis ulcerosa somática. Mutaciones acumuladas durante la patogénesis.
(3) Predecir la sensibilidad a los medicamentos. Después de construir modelos organoides de tejido tumoral obtenidos de pacientes, es posible predecir si el tumor de un paciente específico será sensible a los fármacos tratándolo con un fármaco. La respuesta de los modelos organoides al tratamiento farmacológico puede guiar el uso clínico.
(4) Medicina regenerativa y reparación de órganos. El intestino delgado es el principal órgano de absorción de nutrientes.
La resección extensa del intestino delgado puede provocar el síndrome del intestino corto (SIC), un trastorno de malabsorción grave caracterizado por diarrea, deshidratación y pérdida de peso. Un estudio reciente trasplantó órganos similares al íleon humano construidos en un modelo de rata con síndrome del intestino corto. El órgano similar al íleon trasplantado puede generar un colon de intestino delgado funcional altamente vascularizado que no solo incluye la vasculatura y la inervación, la estructura vellosa y los conductos quilosos, sino que también tiene la función fisiológica de absorción de colesterol.