En el riñón embrionario, tres tipos de células precursoras, células progenitoras de nefronas, yemas ureterales y células progenitoras intersticiales, interactúan para formar estructuras tridimensionales del riñón. Ya se han establecido métodos para inducir estructuras de nefronas a través de células progenitoras de nefronas a partir de células madre pluripotentes (PSC) de ratón. Sin embargo, dado que no se incluyeron otras células progenitoras, las estructuras de «orden superior» del riñón (el estado en el que las estructuras diferenciadas de las nefronas están conectadas orgánicamente entre sí mediante conductos colectores ramificados) no se reprodujeron. Ahora, un grupo de investigación japonés ha desarrollado un método de uso de PSC para inducir la producción de brotes ureterales, los progenitores de los conductos colectores ramificados, y ha logrado reproducir la estructura de orden superior del riñón.
Un número cada vez mayor de pacientes sufre de enfermedad renal crónica, y más de 2 millones de personas en todo el mundo se ven afectadas por la enfermedad renal en etapa terminal. Los pacientes que se someten a hemodiálisis tienen una calidad de vida disminuida ya que necesitan varias horas de tratamiento cada semana por el resto de sus vidas. Desafortunadamente, las oportunidades para el trasplante de riñón son limitadas y el descubrimiento de las células iPS en 2006 por parte del profesor Yamanaka et al. de la Universidad de Kyoto, Japón, ha elevado la expectativa de que la medicina regenerativa «construya» órganos en pleno funcionamiento. Sin embargo, el proceso de reproducir la estructura de un órgano completo continúa siendo un tema común y desafiante para cualquier estudio de regeneración de órganos. Los investigadores de medicina regenerativa del Instituto de Embriología y Genética Molecular (IMEG) de la Universidad de Kumamoto en Japón están trabajando para lograr el objetivo de producir un riñón completamente funcional. Para ello, es importante reconstruir las estructuras renales de orden superior a partir de las CEP.
Estudios previos revelaron que la interacción de tres tipos de células progenitoras es esencial para la organogénesis del riñón embrionario: las células progenitoras de nefronas que forman las nefronas, las yemas ureterales que son la base para los conductos colectores y las células progenitoras intersticiales que crean los tejidos que llenan la brecha entre las estructuras. Los brotes ureterales son particularmente importantes porque juegan un papel central en el desarrollo de la estructura renal de orden superior.
A fines de 2013, el grupo de investigación de la Universidad de Kumamoto fue pionero en un método de inducción de células progenitoras de nefronas a partir de células madre embrionarias de ratón (ESC) y células iPS humanas, y logró crear tejido renal tridimensional que incluía estructuras de nefronas. Desde entonces, varios laboratorios de todo el mundo han informado sobre varios métodos para crear nefronas. Sin embargo, ningún estudio ha reproducido la estructura de ramificación de los conductos colectores que interconectan las nefronas. Estas interconexiones son esenciales porque la orina producida por las nefronas debe pasar a través de los conductos colectores y hacia el uréter en su camino hacia la vejiga para su excreción. Por lo tanto, los investigadores investigaron un método para inducir las yemas ureterales a partir de las CMP y se propusieron reproducir las estructuras renales mediante la combinación de células progenitoras del estroma embrionario y la nefrona derivada de la CMP.
Primero descubrieron que los conductos de Wolffian (WD) de ratón, precursores de las yemas ureterales, maduraron gradualmente y ganaron capacidad de ramificación entre el día de embriogénesis (E) 8.75 y E11.5. Luego pudieron cultivar células WD in vitro y determinaron los factores de crecimiento necesarios para producir brotes ureterales maduros. Finalmente, desarrollaron un protocolo para inducir células similares a brotes ureterales E11.5 de ESC de ratón a través de células similares a WD E8.75. Aquí se reveló que las células progenitoras de nefronas y los brotes ureterales requieren condiciones optimizadas individualmente para una inducción exitosa.
La funcionalidad de las yemas ureterales derivadas de ESC de ratón se verificó aún más mediante el cocultivo de una sola yema con precursores de riñón embrionario, o con una mezcla de progenitores de nefronas derivados de ESC y progenitores de estroma embrionario. En el organoide renal reconstruido, los investigadores observaron la formación de epitelio ureteral ramificado, nefronas diferenciadas y progenitores de nefronas en la superficie de las puntas de las yemas ureterales, lo que confirma la funcionalidad de las yemas ureterales inducidas y la reconstrucción de estructuras renales de orden superior.
Con una ligera modificación del protocolo, los investigadores pudieron inducir brotes ureterales de iPSC humanas y confirmaron su capacidad de ramificación cuando se cultivaron con factores de crecimiento. Cuando realizaron el mismo experimento en una línea iPSC humana sin PAX2, un gen que se sabe que es esencial para la formación de brotes ureterales en ratones y para el desarrollo renal en humanos, no se indujeron brotes ureterales ni se observó ramificación. Por lo tanto, es factible utilizar yemas ureterales derivadas de células iPS para estudiar anomalías renales causadas por mutaciones genéticas.
«Nuestros resultados muestran la posibilidad de reconstruir, hasta cierto punto, estructuras de órganos de orden superior a partir de PSC. La clave es inducir y combinar diferentes tipos de células progenitoras de acuerdo con los orígenes de desarrollo individuales y los procesos de maduración», dijo el profesor asistente Atsuhiro Taguchi de Kumamoto. Universidad, quienes lideran la investigación. «Este trabajo proporciona una estrategia fundamental para la regeneración de órganos renales y abre la puerta para dilucidar los mecanismos de la organogénesis».
«Este estudio muestra cómo reproducir artificialmente la forma de órganos complejos como el riñón. Sin embargo, para crear órganos completos a partir de CMP, es esencial desarrollar un método para inducir células progenitoras intersticiales», agregó el profesor Ryuichi Nishinakamura, coautor y director de el laboratorio de investigación donde se realizó este descubrimiento. «Para que los riñones funcionen y crezcan adecuadamente, la incorporación de tejidos vasculares es indispensable. Todavía quedan muchos problemas en el desarrollo de tejidos renales para trasplante, pero este estudio debería impulsar el progreso de la investigación sobre regeneración renal. Por ejemplo, la reproducción y el examen de los riñones congénitos las malformaciones en el tejido del conducto colector deberían ver una gran mejora simplemente porque ahora podemos crear tejido del conducto colector según sea necesario, una tarea que no ha estado disponible para la ciencia regenerativa hasta ahora».
