Científicos desarrollan una retina in vitro

Uno de los principales objetivos que tiene la biomedicina es la capacidad de reconstruir cualquier órgano a partir de las células madre —ya sean embrionarias o inducidas a pluripotencia— de una persona. Si bien por ahora la medicina reconstructiva parece algo futurista, durante los últimos años se ha avanzado mucho en ello. Por ejemplo, a fines del año pasado, Wells et al. lograron reconstruir el tejido intestinal humano in Vitro usando medios de cultivo que le permitían adquirir una estructura tridimensional, tal como realmente es un tejido.

Científicos japoneses liderados por el Dr. Mototsugu Eiraku, lograron formar una retina de ratón a partir de células madre embrionarias, siendo uno de los mayores logros obtenidos hasta ahora en la medicina regenerativa, ya que este tejido es uno de los más complejos en los seres vivos. Eiraku et al. grabaron todo el proceso en video, siendo la primera vez que se puede ver, en tiempo real, los magníficos eventos que se dan durante las primeras etapas de la formación del ojo de los mamíferos. El trabajo fue publicado ayer en Nature.

La formación del ojo es una de las cosas más interesantes que hay en el campo de la biología del desarrollo. En el año 2003, un Zuber et al. lograron desarrollar ojos en partes inusuales del cuerpo de la rana Xenopus, simplemente usando los factores de transcripción involucrados en el desarrollo del ojo. Sin embargo, una cosa es hacerlo in vivo y otra in vitro, siendo en este último caso el que se requiere para la medicina reconstructiva. Pero, antes de pasar a describir el artículo debemos saber, a grandes rasgos, cómo se desarrolla el ojo.

En las primeras etapas del desarrollo del ojo, la superficie del ectodermo se engrosa y se empieza a invaginar junto con el neuroepitelio de la vesícula óptica, la cual se encuentra subyacente a ella. Una vez se produce la invaginación se genera una cavidad llamada copa óptica, la cual está formada por dos capas. A partir de la capa interna se formará la retina neural (la retina propiamente dicha), mientras que de la capa externa se formará el epitelio pigmentado retinal (EPR). Cuando la retina neural madura y se termina de desarrollar comprende tres capas celulares: Los fotorreceptores (encargados de capturar la luz) el cual está conectado a las células del ganglio retinal a través de las interneuronas; es de aquí de donde sale el nervio óptico. Lo que hicieron Eiraku et al. fue construir toda la copa óptica a partir de células madre embrionarias de ratón en una placa petri, y usando proteínas fluorescentes vieron el proceso en tiempo real.

Los investigadores cultivaron las células madre embrionarias en un medio especial basado en una mezcla de proteínas gelatinosas de la matriz extracelular llamada matrigel, el cual permite la formación de estructuras epiteliales rígidas, importantes para obtener tejidos en tres dimensiones. Luego, usaron la proteína fluorescente verde (GFP) para marcar al factor de transcripción Rx (también conocido como Rax), el cual es el encargado de formar la vesícula óptica y de iniciar el proceso de invaginación del ectodermo. A los 7 días, la vesícula óptica se había formado y también se detectó la expresión de otro factor de transcripción importante en el desarrollo del ojo, el Pax6. A los 9 días, ya se había formado la copa óptica, detectándose la expresión del factor de transcripción Chx10 también involucrado en el desarrollo de la retina (Ver Figura). Como pueden ver en las espectaculares imágenes, la formación de la copa óptica se da en ausencia de la lente (la que vendrá a formar el cristalino), lo que indicaría que la invaginación es un proceso autónomo.

Eiraku et al. no solo siguieron el proceso a través del microscopio de fluorescencia, el cual nos da imágenes en dos dimensiones, mientras que un tejido es una estructura tridimensional. Para verlo en 3D usaron una novedosa técnica llamada Sistema de Imagen Dinámica Multifotón, la cual fue desarrollada en el 2005 en la UC Irvine. Gracias a esta técnica observaron que el proceso de invaginación se daba en 4 etapas: vesícula hemisférica, aplanamiento de la parte distal de la vesícula, la formación del ángulo en el punto de unión de la retina neural y el epitelio pigmentado retinal y, finalmente, la invaginación propiamente dicha.

Pero aún hay más. No sólo se ha logrado obtener la morfología de la retina, los investigadores han logrado mucho más que eso, han podido desarrollar una retina verdadera, con todas las células diferenciadas que la conforman. Las células progenitoras retinianas —células multipotentes con la capacidad de diferenciarse en distintos tipos celulares— se dividieron y diferenciaron en todos los principales tipos de células neuronales de la retina, incluyendo a los fotorreceptores —uno de los tipos celulares más especializados y sofisticados de los seres vivos— las cuales se organizaron correctamente. En contraste a la diferenciación de las células del epitelio pigmentado retinal —las cuales requieren de ciertos factores de transcripción que son expresados en el epitelio neuroectodermal—, la diferenciación de las células de la retina neural se da de manera autónoma.

Para terminar, este estudio revela que la formación de la copa óptica es un proceso principalmente autónomo, claro que in vivo la situación puede ser mucho más compleja. Pero, gracias a este importante avance hecho por Eiraku et al., el desarrollo de una técnica que permita el trasplante de retina ‘sintética’ en aquellas personas que lo tienen dañado y puede ser la causa de su ceguera, se ve muy prometedor. Además, este avance podría ser extrapolado para otros tejidos, como ya vimos anteriormente en el tejido intestinal. Esperemos que dentro de pocos años, se empiece a aplicar de manera rutinaria la medicina regenerativa personalizada, ya que se podría regenerar cualquier órgano a partir de las células madre —embrionarias o inducidas a pluripotencia— de una persona, para evitar el rechazo o incompatibilidad del órgano, que es una de los principales problemas que tiene el trasplante de órganos.

---

Referencia:

Eiraku, M., Takata, N., Ishibashi, H., Kawada, M., Sakakura, E., Okuda, S., Sekiguchi, K., Adachi, T., & Sasai, Y. (2011). Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture Nature, 472 (7341), 51-56 DOI: 10.1038/nature09941