Ojos de pez de una placa de Petri
Científicos crean una retina a partir de células madre de peces óseos
Un equipo de investigación del Centro de Estudios Organísticos (COS) de la Universidad de Heidelberg ha demostrado que se puede cultivar tejido retiniano complejo en una placa de Petri a partir de células madre embrionarias de peces óseos. Hasta ahora, en la investigación de organoides se habían utilizado células madre de mamíferos, incluidos los humanos. Por primera vez, investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Joachim Wittbrodt han demostrado que las células madre de medaka y pez cebra también pueden formar estructuras neuronales altamente organizadas en condiciones controladas de laboratorio. Entre otras cosas, los investigadores esperan obtener nuevos conocimientos sobre los mecanismos básicos del desarrollo de la retina.
Comparación lado a lado de la retina emergente en el embrión de pez y en el organoide de retina cultivado en una placa de Petri.
Adaptiert aus Zilova, Weinhardt, et al., eLife 2021, 10:e66998, CC BY 4.0
Los organoides son trozos de tejido que se cultivan a partir de células madre y se asemejan a órganos reales. Se utilizan en la investigación básica para obtener nueva información sobre la organización celular y el desarrollo de órganos, para investigar el origen de las enfermedades y para desarrollar y probar nuevos medicamentos. "La principal ventaja de los organoides de peces es que son muy reproducibles, a diferencia de los organoides de células madre de mamíferos. Se desarrollan de forma fiable y muy rápida y permiten una comparación directa con los embriones vivos que en los peces crecen fuera del útero", explica el profesor Wittbrodt, que dirige el grupo de investigación de Fisiología Animal y Biología del Desarrollo del COS. "Por tanto, somos capaces de manipular los mecanismos moleculares y genéticos de la formación de la retina, de forma muy parecida a los ingenieros".
Estudios anteriores con células madre de pez cebra ya habían sugerido que éstas pasan por etapas específicas de desarrollo embrionario cuando se cultivan adecuadamente. Sin embargo, hasta ahora ninguno de los investigadores de Heidelberg conocía un experimento en el que los cultivos de células de peces se organizaran con éxito en estructuras neuronales altamente complejas como la retina. "Nuestro estudio ha cerrado esta brecha en la investigación de organoides", subraya la Dra. Lucie Zilova, investigadora postdoctoral del grupo de Joachim Wittbrodt. "Conseguimos cultivar las células madre de los peces óseos de tal manera que se sometieron a un sorprendente proceso de desarrollo en poco menos de una semana. Al final, obtuvimos una estructura compleja de la retina".
Para ello, el equipo de Heidelberg utilizó células madre pluripotentes de embriones de medaka y pez cebra. Estas células aún no se han diferenciado y pueden convertirse en muchos tipos de células diferentes. Según la Dra. Zilova, todas las células extraídas de un solo embrión se agregaron de forma independiente en una gran retina en 24 horas. En cuestión de pocos días, se formaron capas de diferentes tipos de células que también se encuentran en el ojo de los peces, como células fotorreceptoras, células bipolares, células amacrinas y células ganglionares. "El proceso de crecimiento resultó ser increíblemente eficiente", afirma el investigador. Se pudieron generar cientos de pequeños organoides de retina en un día. El alto rendimiento permitió a los investigadores aislar con precisión las condiciones en las que se forman las estructuras que se asemejan a una cabeza con dos ojos, incluyendo el cerebro y la retina.
"Sin embargo, el hecho de que una estructura organoide se parezca a una retina no significa que las células se comporten y crezcan como lo harían en un embrión vivo", añade la Dra. Venera Weinhardt, otra postdoc del COS. Para explorar esta cuestión, los investigadores utilizaron la microscopía de fluorescencia de lámina de luz, un proceso de obtención de imágenes que permite realizar observaciones en tiempo real, para comparar el comportamiento de las células en el cultivo con el de las células en el embrión. "El análisis demostró claramente que no había diferencias. Tanto en el cultivo como en el embrión, las células se desplazaron por rutas específicas hasta la periferia exterior de la yema del ojo y se combinaron en la llamada vesícula óptica", prosigue el Dr. Weinhardt.
Los investigadores de Heidelberg también observaron que los organoides de los peces medaka y cebra, evolutivamente diferentes, son bastante similares. Esto les lleva a pensar que los mecanismos moleculares y genéticos del desarrollo temprano del ojo se han mantenido a lo largo de la evolución en las distintas especies y con independencia de las influencias ambientales a las que se exponen las células embrionarias durante su desarrollo. La cuestión de si las células madre embrionarias en un cultivo pueden formar otras estructuras organoides además de la retina sigue abierta.
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