Los pequeños órganos de laboratorio ya salvan vidas. Y los investigadores ven en ellos un potencial aún mayor.

En una placa de Petri de un laboratorio de Basilea, doce grumos blancos del tamaño de un guisante flotan en una solución nutritiva de color rosa pálido. Desde fuera, parecen inertes. Pero en su interior, diez millones de células nerviosas intercambian señales.

Cada uno de estos diminutos bultos es un cerebro en miniatura. O, más precisamente, un trozo de tejido muy similar al prosencéfalo humano. Estas réplicas de órganos, hechas en placas de Petri, se denominan organoides en la comunidad científica.

Han pasado solo dieciséis años desde que los científicos desarrollaron el primer organoides. Desde entonces, se ha producido una revolución casi inadvertida. Los organoides se han convertido en una parte indispensable de la investigación médica. Cáncer, Alzheimer, diabetes, enfermedades infecciosas, defectos genéticos: la lista de enfermedades que se investigan con organoides es prácticamente infinita. Y los científicos están descubriendo cada vez más aplicaciones para estos miniórganos artificiales.

Los organoides cerebrales del laboratorio de Basilea fueron cultivados por el equipo dirigido por Barbara Treutlein, profesora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH Zúrich en Basilea y una de las pioneras en la investigación de organoides.

Su objetivo es lograr que los organoides se asemejen aún más al tejido real. Cuanto más se asemeja un organoides al tejido, mayor es la probabilidad de que reaccione como el órgano real, por ejemplo, a un fármaco. Por ello, los organoides se han consolidado rápidamente como un sistema de prueba en la industria farmacéutica. «La esperanza es que esto acorte el tiempo necesario para desarrollar un fármaco», afirma Treutlein. La industria farmacéutica está invirtiendo fuertemente en el desarrollo de organoides.

Los organoides permiten experimentos que de otro modo serían imposibles. Utilizando organoides cerebrales, los investigadores han podido, por ejemplo, demostrar cómo y por qué el virus del Zika causa graves daños en el cerebro de los fetos. Los experimentos con tejido cerebral de fetos serían impensables sin organoides. Los organoides suelen ser adecuados para investigar con precisión los procesos durante el desarrollo embrionario. De este modo, los investigadores pueden descubrir qué falla en ciertas enfermedades genéticas y encontrar puntos de partida para nuevas terapias.

Los organoides ya están demostrando ser transformadores para los primeros pacientes. Las personas con fibrosis quística, una enfermedad crónica grave, sufren problemas digestivos, tos persistente y una función pulmonar cada vez más deficiente. Sin atención médica, los afectados suelen morir en la infancia o la adolescencia. Existen diversos medicamentos para el tratamiento, pero algunos son muy caros y solo funcionan en una pequeña proporción de los afectados.

Por ello, investigadores neerlandeses han desarrollado una prueba que indica qué medicamento es más prometedor para cada paciente. Extraen una pequeña cantidad de células del intestino del paciente y las utilizan para cultivar un organoide intestinal. Posteriormente, prueban el medicamento en este organoide. Si el organoide reacciona positivamente al medicamento, generalmente también ayudará al paciente. El procedimiento ya está integrado en el sistema sanitario neerlandés: si la prueba indica que un medicamento probablemente sea eficaz, la compañía de seguros cubrirá el costoso tratamiento.

Los científicos también desean introducir este tipo de medicina personalizada en el tratamiento del cáncer. En este contexto, existen terapias muy costosas que solo benefician a un pequeño grupo de pacientes. Además, muchas terapias estándar se asocian con efectos secundarios extremadamente graves. Los pacientes solo deberían someterse a estas terapias si el tratamiento tiene altas probabilidades de éxito. Los investigadores pueden usar una o más muestras de tejido tumoral para desarrollar modelos del tumor de un paciente en el laboratorio y probar diversas terapias en ellos. Los investigadores esperan que estas pruebas se integren gradualmente en la práctica clínica diaria en los próximos años. Ya se están realizando varios estudios.

Estos éxitos se deben principalmente a dos avances en la investigación de organoides: ahora existen protocolos detallados para el cultivo de organoides de todo tipo de tejidos, desde el corazón, áreas cerebrales e intestino, hasta glándulas lagrimales, cartílago articular y ganglios linfáticos. Además, con el tiempo, los organoides se han vuelto cada vez más complejos y fieles al original.

"Los organoides son mucho más que simples grupos de células", afirma Barbara Treutlein. Las células del organoides deben estar dispuestas en la misma disposición tridimensional que en el tejido real y estar compuestas por la misma mezcla de tipos celulares. Esto les permite, hasta cierto punto, realizar las funciones del órgano real. Por ejemplo, un organoides del corazón late rítmicamente, un organoides del riñón produce orina y un organoides del cerebro envía señales eléctricas de ida y vuelta.

Para desarrollar organoides, los científicos necesitan células madre como materia prima. Estas células aún pueden desarrollarse en diferentes tipos celulares. Los investigadores pueden controlar este desarrollo mediante combinaciones químicas definidas con precisión; por ejemplo, creando tejido cerebral realista.

Cuanto más fielmente reflejen las condiciones en la placa de Petri la situación durante el desarrollo normal del tejido, mayor será la probabilidad de que las células madre se desarrollen según lo previsto. Pero esto no es tan fácil. «Durante el desarrollo normal, las condiciones de las células cambian constantemente», afirma Treutlein. Por lo tanto, las señales químicas en la solución nutritiva deben intercambiarse constantemente para garantizar que el organoide se mantenga en la ruta de desarrollo correcta. Si se experimenta con el protocolo, las células pueden fácilmente tomar la ruta equivocada. «En un momento dado, nuestras células empezaron a latir rítmicamente como las células del músculo cardíaco, pero en realidad se suponía que se convertirían en células nerviosas», explica Treutlein.

Para comprobar si los organoides se han desarrollado correctamente, Treutlein utiliza pruebas de vanguardia. Estas implican mediciones extremadamente precisas de las células individuales del organoide, de modo que se pueden detectar incluso las más mínimas diferencias entre ellas. Esto se debe a que existen muchos más tipos de células ligeramente diferentes en los órganos de lo que se creía anteriormente. «Hoy sabemos que hay miles de tipos diferentes de células nerviosas en el cerebro», afirma Treutlein. Por lo tanto, no todas las células nerviosas son iguales. Y que un organoide se parezca a un corazón o a un cerebro al microscopio no significa necesariamente que sea una buena réplica del órgano real.

Los organoides se utilizan en un número cada vez mayor de áreas de la investigación médica. En los últimos años, el número de publicaciones científicas que los mencionan se ha disparado. Solo el año pasado, se publicaron más de 4000.

El gran éxito de los pequeños órganos hace abrigar la esperanza de que en el futuro sea posible hacer mucho más.

Los investigadores y activistas por los derechos de los animales buscan cada vez más sustituir las pruebas en animales por experimentos con organoides. Hasta ahora, esto solo ha sido posible de forma limitada. Esto se debe a que en animales se pueden evaluar los efectos de un fármaco en todo el organismo. La interacción de diversos órganos, un sistema inmunitario completo, nervios y vasos sanguíneos que lo conectan todo: todo esto ha estado ausente en las pruebas con organoides hasta la fecha.

Pero los científicos también están trabajando en esto. «Intentamos lograr una complejidad cada vez mayor en los organoides», afirma Treutlein. Ya existen los primeros organoides que también contienen células inmunitarias, organoides intestinales que albergan un microbioma e incluso chips que conectan varios organoides para formar un sistema.

El tamaño de los organoides también presenta desafíos para los científicos. Los organoides cerebrales del tamaño de un guisante en el laboratorio de Treutlein no son fáciles de lograr. Para que los organoides crezcan más allá de unos pocos milímetros, se necesitan vasos sanguíneos. Sin estos, el tejido dentro de un tejido más grueso no recibiría oxígeno ni nutrientes y moriría. Por lo tanto, el equipo de Barbara Treutlein está trabajando en el cultivo de organoides cerebrales junto con células que forman vasos sanguíneos.

¿Qué podrían estar pensando los pequeños cerebros en su placa de Petri sobre todo esto? A Treutlein no le preocupa. «Una parte tan diminuta de la corteza frontal obviamente no puede pensar por sí sola», afirma. Carece de información sensorial y de interacción con el resto del cerebro y el cuerpo.