Los órganos humanos transparentes permiten hacer mapas tridimensionales a nivel celular

17.02.2020 - Alemania

Por primera vez, los investigadores lograron hacer transparentes los órganos humanos intactos. Usando imágenes microscópicas podían revelar estructuras complejas subyacentes de los órganos transparentes a nivel celular. Los mapas de órganos resultantes pueden servir como plantillas para las tecnologías de bioimpresión en 3D. En el futuro, esto podría llevar a la creación de órganos artificiales a pedido para muchos pacientes que los necesiten. Los hallazgos publicados en Cell unieron las fuerzas de Helmholtz Zentrum München, la Universidad Ludwig Maximilians de Munich (LMU) y la Universidad Técnica de Munich (TUM).

En la investigación biomédica, ver es creer. Descifrar la complejidad estructural de los órganos humanos siempre ha sido un gran desafío debido a la falta de tecnologías para visualizarlos a nivel celular. Los recientes avances en la limpieza de tejidos permitieron a los investigadores obtener las primeras vistas celulares de órganos de ratón transparentes intactos en 3D. Sin embargo, estos métodos no eran aplicables a los órganos humanos.

"Tuvimos que cambiar nuestro enfoque por completo"

Los órganos humanos son particularmente rígidos debido a la acumulación de moléculas insolubles, incluido el colágeno, en tejidos que han crecido durante años o incluso décadas. Así, los detergentes tradicionales que se utilizan para hacer transparentes los órganos de los ratones no funcionan en los órganos humanos, en particular en los adultos. "Tuvimos que cambiar nuestro enfoque por completo y empezar de cero para encontrar nuevas sustancias químicas que puedan hacer transparentes los órganos humanos", dice Shan Zhao, estudiante de doctorado en el Helmholtz Zentrum München y primer autor del estudio. Después de agotadoras pruebas, el equipo descubrió que un detergente llamado CHAPS podía hacer pequeños agujeros en todos los órganos humanos rígidos. El CHAPS permite que soluciones adicionales viajen a lo profundo de los órganos humanos de espesor centígrado y los conviertan en una estructura transparente.

Después de hacer transparentes los órganos humanos, que se obtuvieron post mortem del laboratorio del Prof. Ingo Bechmann en la Universidad de Leipzig, el equipo tuvo que afrontar retos adicionales tanto para la obtención de imágenes de los órganos como para el análisis de la gran cantidad de datos resultantes. En primer lugar, desarrollaron un nuevo microscopio de exploración por láser con una gran capacidad de retención de muestras llamado "Ultramicroscope Blaze" en colaboración con Miltenyi Biotec. Este microscopio permitió obtener imágenes de órganos humanos tan grandes como el riñón. A continuación, junto con el profesor Bjoern Menze de la TUM, el equipo desarrolló algoritmos de aprendizaje profundo para poder analizar cientos de millones de células en 3D.

Los investigadores llamaron a esta nueva tecnología SHANEL (Small-micelle-mediated Human orgAN Efficient clearing and Labeling). "SHANEL" puede convertirse en una tecnología clave para el mapeo de los órganos humanos intactos en un futuro próximo. Esto aceleraría drásticamente nuestra comprensión de órganos como el cerebro, su desarrollo y función en la salud y la enfermedad", explica el Dr. Ali Ertürk, Director del Instituto de Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa del Helmholtz Zentrum München y también Investigador Principal del Instituto de Investigación de Accidentes Cerebrovasculares y Demencia del hospital de LMU.

Objetivo final: Bioimpresión 3D de órganos artificiales

Los mapas celulares de los órganos humanos podrían utilizarse para diseñar tejidos y órganos humanos a gran escala con las nuevas tecnologías de bioimpresión en 3D. Con este objetivo, Ertürk y su equipo están trabajando actualmente en el mapeo de los principales órganos humanos, empezando por el páncreas, el corazón y el riñón.

"Hay una enorme escasez de donantes de órganos para cientos de miles de personas", dice Ertürk. "El tiempo de espera de los pacientes y los costos de los transplantes son una verdadera carga. El conocimiento detallado de la estructura celular de los órganos humanos nos acerca un importante paso para crear órganos funcionales artificialmente a pedido".

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