Cómo los científicos desarrollaron los músculos humanos en los embriones de cerdo y por qué es importante para los trasplantes de órganos

Los cerditos que saltaban por el laboratorio parecían extremadamente normales. Sin embargo, su adorable exterior escondía un secreto notable: cada lechón portaba dos conjuntos diferentes de genes. Por ahora, ambos conjuntos proceden de su propia especie. Pero un día, uno de esos conjuntos puede ser humano.

Los lechones son quimeras, criaturas con conjuntos de genes entremezclados, como si múltiples entidades estuvieran mezcladas a la perfección. Las quimeras, que llevan el nombre de los monstruos griegos león-cabra-serpiente, pueden ser la clave para un suministro interminable de órganos y tejidos humanos para trasplantes. El quid es hacer crecer estas partes humanas en otro animal, uno lo suficientemente cercano en tamaño y función al nuestro.

La semana pasada, un equipo de la Universidad de Minnesota dio a conocer dos quimeras alucinantes. Uno eran pequeños lechones alegres, cada uno impulsado por músculos de un cerdo diferente. Otro fueron los embriones de cerdo, trasplantados a cerdos sustitutos, que desarrollaron músculos humanos durante más de 20 días.

El estudio, dirigido por los Dres. Mary y Daniel Garry, de la Universidad de Minnesota, tenían un punto terapéutico: diseñar una forma brillante de reemplazar la pérdida muscular, especialmente para los músculos alrededor de nuestros esqueletos que nos permiten movernos y navegar por el mundo. Los traumatismos y las lesiones, como las provocadas por armas de fuego o accidentes automovilísticos, pueden dañar el tejido muscular más allá del punto de reparación. Desafortunadamente, los músculos también son rebeldes porque el tejido del donante de cadáveres no suele "tomar" en el lugar de la lesión. Por ahora, no existen tratamientos efectivos para la muerte muscular severa, llamada pérdida muscular volumétrica.

Los nuevos híbridos humano-cerdo están diseñados para abordar este problema. Dejando a un lado el desgaste muscular, el estudio también apunta a un “truco” inteligente que aumenta la cantidad de tejido humano dentro de un embrión de cerdo en crecimiento.

Si se mejora aún más, la tecnología podría "proporcionar un suministro ilimitado de órganos para trasplante", dijo la Dra. Mary Garry a Inverse . Es más, debido a que el tejido humano puede provenir de los propios pacientes, el riesgo de rechazo por parte del sistema inmunológico es relativamente bajo, incluso cuando se cultiva dentro de un cerdo.

“La escasez de órganos para trasplantes de corazón, injertos vasculares y músculo esquelético es asombrosa”, dijo Garry. Las quimeras humano-animal podrían tener un "impacto sísmico" que transforme el trasplante de órganos y ayude a resolver la crisis de escasez de órganos.

Es decir, si la sociedad acepta la idea de un cerdo semihumanoide.

Espera ... pero ¿cómo?

El nuevo estudio tomó una página de recetas de quimeras anteriores.

Los principales ingredientes y pasos son los siguientes: primero, necesita un embrión que carece de la capacidad de desarrollar un tejido u órgano. Esto deja una especie de “espacio vacío” que puede llenar con otro conjunto de genes: cerdo, humano o incluso mono.

En segundo lugar, es necesario afinar la receta para que los embriones "tomen" los nuevos genes, incorporándolos a sus cuerpos como si fueran propios. En tercer lugar, los nuevos genes se activan para instruir al embrión en crecimiento para que produzca los tejidos u órganos necesarios sin dañar al animal en general. Por último, los genes extraños deben permanecer en su sitio, sin que las células migren a otra parte del cuerpo, por ejemplo, el cerebro .

No es exactamente sencillo, ¿eh? Los lechones son maravillas tecnológicas que combinan la edición genética de vanguardia con tecnologías de clonación.

El equipo optó por dos quimeras: una con dos conjuntos de genes de cerdo y la otra con una mezcla de cerdo y humano. Ambos comenzaron con un embrión de cerdo que no puede producir sus propios músculos esqueléticos (esos son los músculos que rodean los huesos). Usando CRISPR , la navaja suiza de edición de genes, cortaron tres genes que son absolutamente necesarios para que esos músculos se desarrollen. Como dar en el blanco con tres flechas simultáneamente, ya es una hazaña tecnológica.

Aquí está la parte realmente inteligente: los músculos alrededor de los huesos tienen una composición genética ligeramente diferente a los que recubren los vasos sanguíneos o los que bombean su corazón. Si bien los embriones de cerdo resultantes tenían graves deformidades musculares a medida que se desarrollaban, sus corazones laten con normalidad. Esto significa que la edición de genes solo cortó los músculos esqueléticos impactados.

Luego vino el paso dos: reemplazar los genes faltantes. Usando una microaguja, el equipo inyectó un huevo de cerdo fertilizado y ligeramente desarrollado, llamado blastómero, en el embrión. Si se deja en su curso natural, un blastómero eventualmente se convierte en otro embrión. Este paso "aplasta" los dos conjuntos de genes, y el recién llegado llena el vacío muscular. Luego, el embrión híbrido se colocó en un sustituto y, aproximadamente cuatro meses después, nacieron lechones quiméricos.

Equipados con ADN extraño, los pequeños, sin embargo, parecían totalmente normales, husmeando por el laboratorio y corriendo por todas partes sin obvios tropiezos torpes. Bajo el microscopio, sus músculos "xenomorfos" eran indistinguibles del tejido muscular promedio común, sin signos de daño o inflamación, y tan elásticos y duros como los músculos usualmente son. Además, el ADN extraño parecía haberse desarrollado solo en músculos, a pesar de que prevalecían en todo el cuerpo. Los experimentos de pesca extensivos no encontraron rastros del conjunto de genes inyectado dentro de los vasos sanguíneos o el cerebro.

Un mejor híbrido humano-cerdo

Confiado en su receta, el equipo repitió a continuación el experimento con células humanas, con un giro. En lugar de utilizar controvertidas células madre embrionarias humanas, que se obtienen de fetos abortados, se basaron en células madre pluripotentes inducidas (iPSC). Estas son células de la piel que se han revertido a un estado de células madre.

A diferencia de los intentos anteriores de hacer quimeras humanas, el equipo luego examinó el panorama genético de cómo se desarrollan los embriones humanos y de cerdo para encontrar cualquier "freno" genético que pudiera descarrilar el proceso. Se destacó un gen, TP53, que luego se eliminó rápidamente con CRISPR.

Este enfoque proporciona una forma para que estudios futuros aumenten de manera similar la eficiencia de las quimeras entre especies, dijo el equipo.

Luego, los embriones de cerdo humano se cultivaron cuidadosamente dentro de cerdos sustitutos durante menos de un mes y se analizaron exhaustivamente. Para el día 20, los híbridos ya habían desarrollado un músculo esquelético humano detectable. Al igual que las quimeras cerdo-cerdo, el equipo no detectó ningún signo de que los genes humanos hubieran desarrollado células que eventualmente se convertirían en neuronas u otras células no musculares.

Por ahora, no se permite que las quimeras humano-animal crezcan a término, en parte para detener la posibilidad teórica de diseñar animales híbridos humanoides (estremecimiento). Sin embargo, una quimera humana-cerdo inteligente es algo que el equipo abordó específicamente. A través de múltiples experimentos, no encontraron rastros de genes humanos en las células madre del cerebro de los embriones a los 20 y 27 días de desarrollo. De manera similar, los genes de donantes humanos estaban ausentes en las células que se convertirían en las células reproductoras de los embriones híbridos.

A pesar de los dilemas bioéticos y las restricciones legales, las quimeras humano-animal han despegado, como fuente de información sobre el desarrollo del cerebro humano y como fuente de órganos y tejidos personalizados para trasplantes. En 2019, Japón levantó su prohibición sobre el desarrollo de células cerebrales humanas dentro de embriones animales, así como el término límite, a la controversia global. También está la cuestión del bienestar animal, dado que los clones híbridos se convertirán esencialmente en donantes de órganos involuntarios.

A medida que avanzan los debates, los científicos, sin embargo, están empujando los límites de las quimeras humano-animal, mientras avanzan con el mayor cuidado posible.

“Nuestros datos… apoyan la viabilidad de la generación de estas quimeras interespecies, que servirán como modelo para la investigación traslacional o, algún día, como fuente para xenotrasplantes”, dijo el equipo.

Crédito de la imagen: Christopher Carson en Unsplash