Miniórganos para avanzar en Medicina Personalizada de Precisión
Hasta hace poco los modelos empleados para investigar el origen y desarrollo de enfermedades, como el cáncer colorrectal, así como para identificar biomarcadores y desarrollar nuevas terapias, se basaban principalmente en animales o cultivos celulares bidimensionales. Sin embargo, estos sistemas no siempre reproducen adecuadamente la situación in vivo.
El avance en técnicas de impresión 3D, y en particular de la bioimpresión en investigación biomédica, ha permitido crear cultivos celulares tridimensionales más representativos. Estas estructuras celulares 3D, derivadas de células madre, se denominan organoides y son considerados “miniórganos”, ya que gracias a su capacidad de autoorganización y diferenciación, generan estructuras similares al tejido del que proceden. Se generan a partir de tejido donado por pacientes y se cultivan en un microambiente que simula las condiciones del cuerpo humano.
Los organoides se están convirtiendo en un sistema clave para estudiar muchos procesos fisiológicos y patológicos humanos. El grupo de investigación “Cáncer de Colón: Organoides, Microambiente y Vitamina D” del Instituto de Investigaciones Biomédicas Sols-Morreale (IIBM), liderado por el Dr. Alberto Muñoz, es pionero en el estudio de cáncer colorrectal mediante el empleo de estos organoides y ha generado, en los últimos años, un biobanco de organoides derivados de tejido sano y de tejido tumoral de pacientes con cáncer colorrectal. Este sistema está permitiendo estudiar, en mayor detalle, las bases moleculares y genéticas responsables del inicio y progresión del cáncer colorrectal, así como testar tratamientos farmacológicos a nivel individualizado.
Las principales ventajas de estos modelos, frente a los sistemas en 2D, radican en que reproducen mejor la realidad del paciente, permiten reducir el uso de animales en la experimentación (haciendo la investigación más ética) y facilitan avances en el estudio de enfermedades, la evaluación de fármacos y el desarrollo de terapias personalizadas. Además, dado que los organoides pueden expandirse y mantenerse indefinidamente, se utilizan para probar la efectividad de fármacos en células provenientes directamente del paciente donante. Un ejemplo de ello es la colaboración con el equipo de Atanasio Pandiella, del Centro de Investigación del Cáncer en Salamanca, en la que se usaron organoides para probar un fármaco antitumoral dirigido a una proteína sobreexpresada en tumores de colon. Los resultados demostraron la eficacia del fármaco al presentar una mayor toxicidad en organoides tumorales que en los normales.
Sin embargo, la aplicación de estos avances al diagnóstico clínico y la atención médica enfrenta ciertas limitaciones. Este tipo de investigaciones requieren una inversión económica y de tiempo mayor que los cultivos bidimensionales. Tampoco debemos olvidar que estos modelos recrean aspectos de la enfermedad, pero aún están lejos de replicar la complejidad de los tumores reales. Además, actualmente, los organoides están formados solo por tejido epitelial cuando en los órganos interactúan múltiples tipos de células, como las del tejido conectivo o del sistema inmune. Algunos laboratorios están abordando este desafío mediante la creación de asembloides, cultivos heterotípicos obtenidos al co-cultivar diferentes organoides para aproximarse más a la realidad.
La Medicina Personalizada de Precisión busca individualizar la atención a los pacientes mediante diagnósticos y tratamientos basados en sus características genéticas, hábitos de vida y ambientales. Los organoides permiten integrar la amplia diversidad de mutaciones genéticas y microambientes en los que la enfermedad puede desarrollarse, contribuyendo así al conocimiento necesario para tratar a los pacientes. Además, en el futuro, su uso en la práctica clínica permitirá probar diferentes tratamientos antes de decidir cuál es el más adecuado para el paciente, evitando la administración de terapias no eficaces y reduciendo los efectos adversos y el gasto sanitario. En resumen, esta investigación impulsa la Medicina Personalizada de Precisión al caracterizar los genotipos y ambientes que influyen en el desarrollo de enfermedades como el cáncer colorrectal.
Bibliografía:
- Barbáchano, A., Fernández-Barral, A., Bustamante-Madrid, P., Prieto, I., Rodríguez-Salas, N., Larriba, M. J., & Muñoz, A. (2021). Organoids and Colorectal Cancer. Cancers, 13(11), 2657. https://doi.org/10.3390/cancers13112657
- Fernández-Barral, A., Costales-Carrera, A., Buira, S. P., Jung, P., Ferrer-Mayorga, G., Larriba, M. J., Bustamante-Madrid, P., Domínguez, O., Real, F. X., Guerra-Pastrián, L., Lafarga, M., García-Olmo, D., Cantero, R., Del Peso, L., Batlle, E., Rojo, F., Muñoz, A., & Barbáchano, A. (2020). Vitamin D differentially regulates colon stem cells in patient-derived normal and tumor organoids. The FEBS journal, 287(1), 53–72. https://doi.org/10.1111/febs.14998
- Montero, J. C., Del Carmen, S., Abad, M., Sayagués, J. M., Barbáchano, A., Fernández-Barral, A., Muñoz, A., & Pandiella, A. (2023). An amino acid transporter subunit as an antibody-drug conjugate target in colorectal cancer. Journal of experimental & clinical cancer research: CR, 42(1), 200. https://doi.org/10.1186/s13046-023-02784-0
El avance en técnicas de impresión 3D, y en particular de la bioimpresión en investigación biomédica, ha permitido crear cultivos celulares tridimensionales más representativos. Estas estructuras celulares 3D, derivadas de células madre, se denominan organoides y son considerados “miniórganos”, ya que gracias a su capacidad de autoorganización y diferenciación, generan estructuras similares al tejido del que proceden. Se generan a partir de tejido donado por pacientes y se cultivan en un microambiente que simula las condiciones del cuerpo humano.
Los organoides se están convirtiendo en un sistema clave para estudiar muchos procesos fisiológicos y patológicos humanos. El grupo de investigación “Cáncer de Colón: Organoides, Microambiente y Vitamina D” del Instituto de Investigaciones Biomédicas Sols-Morreale (IIBM), liderado por el Dr. Alberto Muñoz, es pionero en el estudio de cáncer colorrectal mediante el empleo de estos organoides y ha generado, en los últimos años, un biobanco de organoides derivados de tejido sano y de tejido tumoral de pacientes con cáncer colorrectal. Este sistema está permitiendo estudiar, en mayor detalle, las bases moleculares y genéticas responsables del inicio y progresión del cáncer colorrectal, así como testar tratamientos farmacológicos a nivel individualizado.
Las principales ventajas de estos modelos, frente a los sistemas en 2D, radican en que reproducen mejor la realidad del paciente, permiten reducir el uso de animales en la experimentación (haciendo la investigación más ética) y facilitan avances en el estudio de enfermedades, la evaluación de fármacos y el desarrollo de terapias personalizadas. Además, dado que los organoides pueden expandirse y mantenerse indefinidamente, se utilizan para probar la efectividad de fármacos en células provenientes directamente del paciente donante. Un ejemplo de ello es la colaboración con el equipo de Atanasio Pandiella, del Centro de Investigación del Cáncer en Salamanca, en la que se usaron organoides para probar un fármaco antitumoral dirigido a una proteína sobreexpresada en tumores de colon. Los resultados demostraron la eficacia del fármaco al presentar una mayor toxicidad en organoides tumorales que en los normales.
Sin embargo, la aplicación de estos avances al diagnóstico clínico y la atención médica enfrenta ciertas limitaciones. Este tipo de investigaciones requieren una inversión económica y de tiempo mayor que los cultivos bidimensionales. Tampoco debemos olvidar que estos modelos recrean aspectos de la enfermedad, pero aún están lejos de replicar la complejidad de los tumores reales. Además, actualmente, los organoides están formados solo por tejido epitelial cuando en los órganos interactúan múltiples tipos de células, como las del tejido conectivo o del sistema inmune. Algunos laboratorios están abordando este desafío mediante la creación de asembloides, cultivos heterotípicos obtenidos al co-cultivar diferentes organoides para aproximarse más a la realidad.
La Medicina Personalizada de Precisión busca individualizar la atención a los pacientes mediante diagnósticos y tratamientos basados en sus características genéticas, hábitos de vida y ambientales. Los organoides permiten integrar la amplia diversidad de mutaciones genéticas y microambientes en los que la enfermedad puede desarrollarse, contribuyendo así al conocimiento necesario para tratar a los pacientes. Además, en el futuro, su uso en la práctica clínica permitirá probar diferentes tratamientos antes de decidir cuál es el más adecuado para el paciente, evitando la administración de terapias no eficaces y reduciendo los efectos adversos y el gasto sanitario. En resumen, esta investigación impulsa la Medicina Personalizada de Precisión al caracterizar los genotipos y ambientes que influyen en el desarrollo de enfermedades como el cáncer colorrectal.
Bibliografía:
- Barbáchano, A., Fernández-Barral, A., Bustamante-Madrid, P., Prieto, I., Rodríguez-Salas, N., Larriba, M. J., & Muñoz, A. (2021). Organoids and Colorectal Cancer. Cancers, 13(11), 2657. https://doi.org/10.3390/cancers13112657
- Fernández-Barral, A., Costales-Carrera, A., Buira, S. P., Jung, P., Ferrer-Mayorga, G., Larriba, M. J., Bustamante-Madrid, P., Domínguez, O., Real, F. X., Guerra-Pastrián, L., Lafarga, M., García-Olmo, D., Cantero, R., Del Peso, L., Batlle, E., Rojo, F., Muñoz, A., & Barbáchano, A. (2020). Vitamin D differentially regulates colon stem cells in patient-derived normal and tumor organoids. The FEBS journal, 287(1), 53–72. https://doi.org/10.1111/febs.14998
- Montero, J. C., Del Carmen, S., Abad, M., Sayagués, J. M., Barbáchano, A., Fernández-Barral, A., Muñoz, A., & Pandiella, A. (2023). An amino acid transporter subunit as an antibody-drug conjugate target in colorectal cancer. Journal of experimental & clinical cancer research: CR, 42(1), 200. https://doi.org/10.1186/s13046-023-02784-0
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