Crean retina humana funcional en laboratorio

Los investigadores no solo buscaban el desarrollo de una retina artificial. También lograron crear un mapa genético de las enfermedades más comunes que afectan a este órgano
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Un grupo de científicos del Instituto de Oftalmología Molecular y Clínica de Basilea (IOB, en inglés) logró generar réplicas exactas de retinas humanas en cultivo. A partir de este resultado, estos organoides pueden ser usados para precisar los tipos específicos de células afectadas por enfermedades genéticas del ojo. Los detalles de esta exhaustiva labor de seis años se publicaron en la revista Cell

Las células de la retina muestran una serie de especializaciones subcelulares de importancia funcional. En la publicación se menciona que las características distintivas de los tipos de células y sus especializaciones subcelulares están asociadas con la expresión de genes específicos implicados en enfermedades oculares. Las células usadas en esta investigación fueron tomadas de donantes post mortem, tras pasar varias horas en estado isquémico, situación que provoca daño irreversible en la retina en 20 minutos. 

Las retinas cultivadas se obtuvieron a partir de células madre pluripotenciales, que luego fueron inducidas a reorganizarse en una estructura de cinco capas. Los organoides maduros podían sentir la luz en sus capas superficiales, y entregaban impulsos visuales a través de sinapsis a las capas celulares del interior. Anteriormente, el equipo de expertos del IOB había desarrollado un mecanismo que que genera organoides retinianos altamente uniformes por miles, proporcionando un valioso recurso para los investigadores de todo el mundo.

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Resultados promisorios para técnicas de tratamiento de retina

En la publicación, los especialistas mencionan que lograron desarrollar organoides de retina con tres capas nucleares y dos sinápticas. Los fotorreceptores de los organoides respondieron a la luz y transmitieron información visual sinápticamente, generando respuestas lumínicas en las células de la retina de segundo o tercer orden. Sumado a ello, se consiguieron transcriptomas unicelulares desde 110.862 disociadas del desarrollo humano, en siete puntos específicos del proceso de gestación entre la semana 38 y hasta la semana 46. 

En un análisis exhaustivo de estos transcriptomas, los investigadores evidenciaron una maduración progresiva de las distintas clases de células y mostraron que los transcriptomas de laboratorio alcanzaron una maduración estable entre la semana 30 y la semana 38. Sobre la tasa de cambios transcriptómicos durante el desarrollo de los organoides, ésta presentó similitudes con el proceso de desarrollo de la retina humana in vivo. 

En el estudio también se demostró que los transcriptomas de la retina humana adulta cambian rápidamente en un estado post mortem, producto de la isquemia. Por lo cual, desde el laboratorio se creó un procedimiento para obtener retinas humanas adultas que estuvieron expuestas a menos de 5 min de isquemia y mantuvieron las respuestas a la luz y los circuitos funcionales de la retina durante 16 horas ex vivo.

“La investigación aborda una necesidad fundamental no satisfecha, que es desarrollar retinas modelo que se asemejen al órgano real”, afirmó Cameron Cowan, investigador principal del Grupo de Circuitos de Retina Humana del IOB y primer autor del artículo a medios de comunicación. 

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La tasa de desarrollo in vitro puede diferir del proceso in vivo, afirman los investigadores. Para comparar las dos tasas, se relacionaron cruzadamente los transcriptomas en bloque de los organoides, obtenidos mediante la combinación de transcriptomas unicelulares, con los transcriptomas en bloque publicados de la retina humana entre 7 y 20 semanas en edad de desarrollo.

Cuando se trazaron las edades de desarrollo según el modelo establecido por los investigadores, comparándolas directamente con el desarrollo biológico, los datos se acercaron a la línea de unidad. Es decir, se produjeron retinas in vitro con tasas de desarrollo similares. Un factor que piden tener en cuenta para futuros estudios científicos sobre esta área.

Especialistas ya tienen mapas genéticos sobre enfermedades de retina

Debido a la variedad de retinas tomadas de donante y a las características genéticas de cada una, los expertos notaron que no todas las que se crearon en el laboratorio desarrollaron organoides. Para explicar el fenómeno, se pide tener en cuenta que la diferenciación de los organoides es un proceso no lineal (descrito previamente en 2017), en el que influyen sus estados epigenéticos y transcriptómicos en el momento de la diferenciación genética, indispensable para el proceso de cultivo. 

Un segundo componente destacado de esta investigación es la creación de un mapa genético específico. El grupo de científicos del IOB decidió elaborar “mapas de enfermedades”, a partir del mapeo de genes asociados a la enfermedad ocular con los tipos de células de la retina adulta y la creación de retinas de cultivo con las características encontradas. Como resultado, se obtuvieron mapas para 10 enfermedades retinianas no sindrómicas para la retina periférica y la retina fetal: acromatopsia, ceguera nocturna estacionaria congénita, retinitis pigmentosa, amaurosis congénita de Leber, degeneración macular, miopía, distrofia de vara cónica, coroideremia, distrofia macular, glaucoma y dos enfermedades sindrómicas de la retina, el síndrome de Usher y el síndrome de Bardet-Biedl.

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