Ahir dimecres 10 d’abril va venir Núria Montserrat, de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), per parlar-nos dels canvis en la recerca.
El treball conjunt de d’enginyers i biòlegs molecular han permès de pensar en el modelatge de malalties. La regeneració d’òrgans mitjançant cèl·lules mare permet pensar en la bioimpressió d’òrgans en 3D i en fabricar laboratoris en un xip.
Núria treballa a l’IBEC, un institut de recerca que hem visitat gràcies que Pere Roca-Cusachs va venir al cafè científic i, mesos més tard, ens va acollir al seu laboratori. Núria explica que l’IBEC es va crear el 2004 gràcies a la voluntat d’un físic, Josep Samitier, que es va unir a un biòleg, Josep Antoni del Río, i a un metge, Daniel Navajas. Aquesta visió interdisciplinar dels fenòmens de la vida ha permès fer salts en el coneixement i en les perspectives de teràpia davant de malalties complexes.
El centre va guanyar i revalidar el distintiu d’excel·lència Severo Ochoa, que s’atorga a centres amb programes de recerca frontera, que es troben entre els millors del món en les respectives àrees científiques. Entre les condicions que els exigeixen hi ha un pla de recerca i de comunicació. I, en això estem, anem a comprendre la recerca de Núria Montserrat, que s’interessa per la regeneració d’òrgans i en explicar-ho. Som-hi!
Les cèl·lules pluripotents
Núria ens explica que treballa amb cèl·lules pluripotencials -un tipus de les anomenades cèl·lules mare– per crear òrgans susceptibles de ser implantats en humans.
Les cèl·lules mare pluripotents provenen d’embrions, i el seu potencial de diferenciació és molt alt, ja que és rere les totipotencials -el zigot- que òbviament, dóna lloc a tots els tipus cel·lulars. Les pluripotencials es poden diferenciar en qualsevol dels tres capes embrionàries: endoderma, mesoderma o ectoderma.
Durant força temps es va pensar que les cèl·lules mare no es podien desdiferenciar per tornar a tenir propietats de cèl·lules d’un estatge anterior. Però, el 1962, l’experiment de John Gurdon (Nobel el 2012), que va prendre el nucli diferenciat d’una cèl·lula de budell de granota, el va trasplantar a un oòcit sense nucli i va aconseguir que el cap-gros es desenvolupés. D’alguna manera doncs, molècules del citoplasma de l’oòcit van influir en alguns gens del DNA nuclear per reprogramar-los fins a ser totipotents. Quins gens?
El 2002, l’experiment de Shinya Yamanaka (qui va compartir el Nobel amb Gurdon) va trobar els factors bioquímics que van induir que determinats gens de cèl·lules de la pell de ratolí es reprogramessin fins a cèl·lules mare immadures les quals, al seu torn, van poder créixer fins a donar diferents tipus cel·lulars en l’organisme.
Obtenir miniteixits
Amb aquestes bases experimentals, Núria i dues companyes que van venir amb ella Blanca -que treballa amb cèl·lules de l’ull- i Miriana -que treballa amb cèl·lules del cor- busquen com podria succeir això dins l’organisme. Núria treballa amb cèl·lules del ronyó per poder guarir malalties d’aquest òrgan. Aïllen les cèl·lules mare embrionàries i les reprogramen per a fer organoides, medicina regenerativa per a futurs trasplantament.
Atès que les cèl·lules tenen marcadors personals com el sistema HLA, el principal complex d’histocompatibilitat, el que busquen són les posseïdores del sistema més comú en cada societat, per a que puguin servir per a la major part possible de persones. Òbviament es podria fer personalitzat, però el cost seria enorme, cosa que el faria econòmicament inviable. Per això ja no es parla de medicina personalitzada, que no seria sostenible, sinó de medicina de precisió.
Així, exposant cèl·lules embrionàries de ratolí en un medi de cultiu on hi afegeixen els factors de Yamanaka corresponents, han aconseguit organoides de ronyó, en els que es poden veure fàcilment estructures com nefrones -unitats bàsiques estructurals i funcionals del ronyó. Cada ronyó humà té, segons la persona, entre un milió i un milió i mig de nefrones.
El grup de Núria coneix molt bé el desenvolupament del ronyó, un òrgan complex. Sap que acaben formant vint-i-un tipus de cèl·lules diferents, amb diferents funcions; algunes cèl·lules són endocrines -segreguen hormones- altres regulen el balanç de sals; les que són als tubs de les nefrones tenen més mitocondris (perquè necessiten més energia)… i també té cèl·lules mare, que serveixen per a regenerar parts de la nefrona que es puguin haver malmès.
I ho poden aconseguir, perquè saben que, en humans, el ronyó comença a formar-se el dia quaranta del desenvolupament embrionari, mentre que en el ratolí comença a formar-se a la meitat del setè dia. Per tant, saben quan han d’anar afegint els diferents factors. I, fins ara, han aconseguit organoides que han generat tres tipus cel·lulars diferents. Però és tan important, que Núria ens explica que el 2013 la revista Science va anomenar la formació d’aquests primordis de ronyó com la fita de la dècada.
L’estructura
Les cèl·lules no estan aïllades, secreten una matriu extracel·lular que serveix per unir-les i determina la forma del teixit. El que pretenen els equips que volen fer òrgans necessiten doncs la carcassa per introduir les cèl·lules. La matriu l’aconsegueixen a partir d’un motllo tractant un òrgan amb detergents que arrosseguen les cèl·lules.
Aconseguir aquestes carcasses va més enllà de la pròpia funció estructural, ja que la matriu extracel·lular també està involucrada en l’envelliment -per això ens arruguem- i en el càncer -com demanen que ens palpem, i com ens va explicar Pere Roca-Cusachs.
Amb el contingut -les cèl·lules que fan el ronyó i que han pogut fer un petit organoide- i el continent -la carcassa del ronyó- s’imprimeixen ronyons artificials funcionals. La impressora és com una mànega de pastisser que injecta el preparat citològic en l’estructura. S’ha aconseguit que aquests òrgans creats al laboratori han produït orina, hagin estat funcionals. Una troballa, fins ara, fascinant.
Per completar l’òrgan manca trobar la vascularització del ronyó, i per estudiar com es podria formar la xarxa de vasos s’empren ous de pollet. Amb un cutter fan una petita finestra en un ou, extreuen una porció de l’albúmina i tornen a tancar l’ou. Dos dies després, hi afegeixen teixit extraembionari de ronyó, per exemple. En desenvolupar-se el pollet, dins l’ou s’hi desenvolupa l’organoide, que rep la vascularització.
Una nova forma d’experimentació
Per acabar, Núria ens explica una nova forma d’experimentar compatibilitats amb un recurs de microenginyeria. Des de l’IBEC i el CRESIB (d’ISGlobal) van crear un dispositiu de la mesura d’un portaobjectes sobre el que es poden dipositar els teixits que cal estudiar i que es poden sotmetre a fluxos amb determinats substrats, de manera que es pot imitar la situació real i veure el comportament del teixit. Amb aquests dispositius s’ha trobat una nova manera d’experimentar, més ràpida, més precisa -ja que tots els components són humans- i que requereix molt menys animals d’experimentació.
Investigadora sènior
Núria ens explica la seva carrera. Va fer biologia i va fer la tesi en musculatura. Un cop doctorada, va fer dos pots-docs, a l’Hospital de Sant Pau i al Salk Institute, amb Juan Carlos Izpisúa. Aleshores es va presentar a l’IBEC com a investigadora júnior, superant les preguntes d’un tribunal internacional per davant de cinc candidats de la llista curta, seleccionats de quaranta candidats presentats.
Quatre anys després va tornar a passar pel mateix tribunal, per a veure si havia aconseguit els propòsits en ingressar com a júnior, i va passar a ser investigadora sènior, a més de guanyar una plaça ICREA, per la seva recerca en regeneració d’òrgans. Un exemple de la bona inversió en recerca.
Més informació
Com la física regula el nostre cos? Cafè científic amb Pere Roca-Cusachs (16/05/2018)
Com regula la física el nostre cos? (Premi BCN) (07/02/2018)
BCN, pol de ciència: Visites a centres de recerca de Les Corts: IBEC
Com s’organitza un individu? Cafè científic amb Cristina Pujades (18/10/2018)
De les instruccions a l’individu Cafè científic amb Fernando Giráldez (24/09/2014)
De cucs i mosques, fins a peixos i ratolins Cafè científic amb Cristina Pujades (24/10/2010)
Màquines de llum, cafè científic amb Romain Quidant (11/06/2014)
