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Top 10 cosas fascinantes crecidas en un laboratorio
No hay duda de que la ciencia ha hecho avances increíbles en los últimos 100 años. Esto es especialmente cierto en medicina e ingeniería biológica. Desde vacunas que salvan vidas hasta cirugías revolucionarias, la ciencia ha mejorado enormemente nuestra calidad de vida.
El progreso requiere que los investigadores innoven nuevas soluciones a problemas antiguos. Detrás de cada descubrimiento médico, hay un laboratorio lleno de ideas fascinantes. A veces, estos experimentos plantean cuestiones éticas. Pero sobre todo, son enfoques interesantes para problemas molestos.
¿Y qué solución es más creativa que cultivar algo en un laboratorio desde cero? Aquí hay 10 fascinantes artículos cultivados en el laboratorio que podríamos no haber esperado.
10 huesos de cerdo
En 2016, investigadores en los EE. UU. Implantaron con éxito huesos de ingeniería de laboratorio en 14 mini cerdos adultos de Yucatán. Ninguno de los cerdos rechazó los nuevos órganos después de la cirugía. Todo lo contrario. Los vasos sanguíneos dentro de los huesos cultivados en el laboratorio se integraron a la perfección en los sistemas circulatorios preexistentes de los cerdos.
¿Cómo fue todo esto posible?
Para iniciar el proceso, los científicos escanearon las mandíbulas de los cerdos y mapearon sus estructuras. Luego crearon andamios libres de células a partir de huesos de vaca. Estas estructuras se inyectaron con las células madre de los cerdos y se sumergieron en una solución rica en nutrientes. El resultado fue totalmente funcional, hueso vivo.
9 extremidad de rata
Los investigadores del Hospital General de Massachusetts hicieron noticia en 2015 cuando cultivaron un miembro entero de una rata en su laboratorio. Fue el primer proyecto exitoso de su tipo en el mundo.
El esfuerzo fue dirigido por el Dr. Harold Ott, quien también dirige el Laboratorio Ott de Ingeniería y Regeneración de Órganos. Su experimento también resultó en tejido muscular activo después de solo 16 días.
Así es como lo hicieron:
El Dr. Ott y su equipo tomaron una rama de rata viva y extrajeron todas sus células. Este proceso se llama descelularización. Una vez que se eliminaron todas las células vivas, los científicos se quedaron con un marco de proteínas para la extremidad.
Luego, inyectaron esta estructura con células vivas que formaban tejido muscular y células sanguíneas en cuestión de semanas. Para probar la funcionalidad de la extremidad cultivada en el laboratorio, el equipo aplicó pequeñas cargas eléctricas al tejido muscular.
¿El resultado? Los músculos de la extremidad se contrajeron exactamente como lo harían los órganos naturales.
8 hamburguesas
Apodada "schmeat", la primera hamburguesa cultivada en el laboratorio del mundo debutó en Londres en 2013. Fue creada en los Países Bajos por el Dr. Mark Post, profesor de fisiología vascular. Su objetivo era producir carne que no causara “sufrimiento animal indebido y daño ambiental” como lo hacen las fuentes tradicionales de carne. El proyecto le tomó cinco años y $ 325,000 para completar.
Después de su éxito, Post fundó Mosa Meats. Otras compañías también aprovecharon la oportunidad para producir su propia carne de laboratorio. Memphis Meats, una empresa nueva en San Francisco, creó albóndigas cultivadas en el laboratorio en 2016. También cultivaron tiras de pollo, una primicia mundial.
Sin embargo, no se estima que estén disponibles para el público hasta 2021. Otra compañía de California, Hampton Creek, reveló planes para llevar la carne cultivada en el laboratorio a los estantes de las tiendas para 2018.
7 embrión humano-cerdo
En España y La Jolla, California, un grupo de científicos del Instituto Salk cultivó con éxito células humanas dentro de un embrión de cerdo. El objetivo de la investigación es eventualmente hacer crecer órganos humanos completos, que se utilizarán para trasplantes, dentro de otros animales. Los científicos de Salk ya han cultivado varios órganos de rata dentro de embriones de ratón. Pero esta investigación ha planteado algunas cuestiones éticas.
En 2015, EE. UU. Dejó de financiar la investigación de quimeras interespecies con dólares de los contribuyentes. En genética, una quimera es un fenómeno natural en el que un solo organismo tiene dos o más conjuntos diferentes de ADN.
Pero una quimera interespecie contiene ADN de dos o más especies. Esto ha generado preocupación sobre si los cerdos u otros animales implantados con células humanas desarrollarán funciones cerebrales humanas.
Juan Carlos Izpisua Belmonte y su equipo han declarado que pretenden "probar formas de enfocar las células humanas en la fabricación de tejidos específicos y evitar cualquier contribución al cerebro, esperma o óvulos".
6 espermatozoides de ratón
En 2016, los científicos del Instituto de Zoología de la Academia de Ciencias de China produjeron esperma de ratón viable a partir de células madre. Para hacer esto, extrajeron células madre de ratones y las introdujeron en células testiculares de ratones recién nacidos.
Qi Zhou y Xiao-Yang Zhao, quien dirigió el experimento, también expusieron las células madre a varios químicos involucrados en el desarrollo de esperma. Esto incluye la testosterona, una hormona para inducir el crecimiento del folículo, y una hormona que induce el crecimiento de la glándula pituitaria.
En aproximadamente dos semanas, los científicos habían desarrollado células espermáticas completamente funcionales. Ellos implantaron el esperma en óvulos viables y transfirieron los cigotos a ratones hembras.
Nueve crías de ratón nacieron de este experimento, algunas de las cuales se reprodujeron posteriormente por su cuenta. Aunque todavía no es tan eficiente como la inseminación artificial con esperma natural (3 por ciento de éxito comparado con 9 por ciento), esta investigación es prometedora para futuros tratamientos de fertilidad.
5 células madre de sangre
Dos equipos separados de científicos desarrollaron enfoques novedosos para crear células madre sanguíneas. Un equipo, basado en el Hospital de Niños de Boston, fue dirigido por George Daley. Este grupo comenzó con células de la piel humana y las "reprogramó" para convertirse en células iPS (células madre pluripotentes inducidas). Una célula iPS es una célula madre universal fabricada artificialmente.
El equipo de Daley luego inyectó las células iPS con factores de transcripción, que son genes diseñados para controlar otros genes. Posteriormente, las células iPS modificadas se implantaron en ratones para desarrollarse. (Si estás siguiendo la pista, eso hace que los ratones sean quimeras entre especies).
Después de 12 semanas, estos investigadores habían creado algo que era simplemente un precursor de las células madre sanguíneas. Pero al segundo equipo le fue aún mejor.
En el Colegio Médico Weill Cornell, Shahin Rafii y su equipo se saltaron la creación de iPS. En su lugar, tomaron células de los vasos sanguíneos en ratones adultos y les inyectaron cuatro factores de transcripción. Luego movieron las células a placas de Petri que estaban equipadas para recrear el ambiente dentro de un vaso sanguíneo humano.
Estas células se transforman en células madre sanguíneas. Las células madre de este experimento fueron tan poderosas que curaron completamente a un grupo de ratones que sufrían de un recuento bajo de células sanguíneas debido a los tratamientos de radiación.
4 orejas de manzana
En 2016, el biofísico canadiense Andrew Pelling y su equipo en la Universidad de Ottawa cultivaron con éxito tejidos humanos utilizando manzanas. Usando una técnica de descelularización para eliminar las células existentes de la manzana, se quedaron con el "andamio" de celulosa de la manzana. Por cierto, esa celulosa es lo que le da a las manzanas su buen crujido.
Pelling y su equipo cortaron un pedazo de manzana sin células con forma de oreja y lo inyectaron con células humanas. Las células poblaron la estructura y crearon una aurícula (la parte externa de la oreja).
La motivación para el experimento fue crear implantes más baratos. Según Pelling, su material cultivado en el laboratorio también es menos problemático que los materiales biológicos convencionales utilizados para implantes, que a menudo provienen de animales o cuerpos muertos.
Esta técnica no se limita a las manzanas. También ha considerado replicar sus hallazgos en pétalos de flores, espárragos y otros vegetales.
3 pene de conejo
En 2008, el Dr. Anthony Atala del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa acompañó a un grupo de conejos de apareamiento. Pero esto no era un grupo de conejos. A todos los hombres se les había dado penes cultivados en el laboratorio, una idea en la que había estado trabajando desde 1992.
De los 12 conejos que recibieron penes de bioingeniería, todos intentaron aparearse. Ocho de los conejos eyacularon con éxito, y cuatro conejos tuvieron descendencia.
Para 2014, Atala y su equipo habían creado seis penes humanos con la esperanza de obtener la aprobación de la FDA para trasplantes humanos. Los científicos sometieron los órganos cultivados en el laboratorio a través de pruebas rigurosas, utilizando una máquina para jalarlos y apretarlos para asegurarse de que resistan el desgaste diario.
El equipo también instaló máquinas para bombear fluido a través de los órganos para garantizar que puedan manejar las erecciones. A partir de 2017, la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. No había aprobado los órganos cultivados en el laboratorio para trasplantes humanos en la población general.
2 vaginas
El Dr. Anthony Atala y su equipo también cultivaron vaginas humanas en su laboratorio. Luego, estos órganos se implantaron en cuatro adolescentes en México que tenían un trastorno que los había llevado a nacer sin vaginas.
Para construir los órganos, el equipo de Atala tomó una pequeña muestra de tejido de cada niña. Luego crearon un andamio biodegradable personalizado y lo inyectaron con células obtenidas de las muestras de tejido originales.
La primera de estas cirugías se completó en 2005. Los seguimientos con las mujeres no revelaron complicaciones a largo plazo en las operaciones. Las cuatro mujeres reportaron funcionamiento sexual normal. Sin embargo, sólo dos de las mujeres tienen útero. No está claro si los dos restantes podrán tener hijos.
1 bolas del cerebro
Sergiu Pasca en la Universidad de Stanford ha mantenido con vida un mini cerebro durante dos años completos. Los científicos se refieren a él como un organoide cerebral. Con solo unos 4 milímetros de diámetro, este pequeño grupo de tejido cerebral humano creció en el laboratorio a partir de células madre. Con las hormonas adecuadas, los investigadores pueden persuadir al tejido para que crezca en estructuras que casi imitan partes del cerebro.
¿La mayor diferencia entre el negocio real y estas mini contrapartes?
Los cerebros cultivados en el laboratorio no tienen vasos sanguíneos ni glóbulos blancos, y no siguen los patrones típicos de desarrollo neurológico. En cambio, dejan de madurar al equivalente del primer trimestre del desarrollo humano. Al menos ese es el caso de las neuronas organoides cerebrales.
Hay células no neuronales en el cerebro llamadas astrocitos que logran alcanzar la plena madurez en los organoides cultivados en el laboratorio. Los astrocitos son células auxiliares que crean y reducen las conexiones entre las neuronas según sea necesario. También hacen conexiones con los vasos sanguíneos que entran y salen del cerebro y desempeñan un papel fundamental en la detección de lesiones.
Un estudio adicional sobre estas bolas cerebrales podría ayudar a desbloquear los mecanismos detrás de la enfermedad de Lou Gehrig y varios trastornos del desarrollo neurológico.