Biology

Todos hemos leído libros o visto películas ambientadas en mundos distópicos, donde laboratorios subterráneos secretos desarrollan tratamientos poco convencionales para enfermedades postapocalípticas. Imaginemos vastas salas llenas de grandes tubos que contienen figuras humanoides que repentinamente cobran conciencia, capaces de sentir y pensar como seres humanos. Si bien estos escenarios permanecen en el ámbito de la ficción, existen avances científicos reales, notables y que merecen ser discutidos: los organoides, modelos diminutos de órganos humanos que replican muchas de las funciones de sus contrapartes de tamaño completo.

Un organoide es una versión en miniatura de un órgano, cultivado in vitro en tres dimensiones, que imita fielmente las funciones y estructuras clave de su homólogo de tamaño completo. Los organoides son cúmulos tridimensionales diminutos de células que proliferan en una placa de laboratorio y se comportan como órganos humanos en miniatura, como el hígado, el páncreas y los intestinos. En otras palabras, actúan como mini-órganos, sustitutos de los órganos de tamaño completo, utilizados en la investigación para estudiar la biología y las enfermedades con mayor precisión que los cultivos celulares bidimensionales. [1]

Los científicos comienzan extrayendo células madre, células especiales que pueden convertirse en casi cualquier otro tipo de célula en el cuerpo. [1] Bajo condiciones cuidadosamente controladas (nutrientes específicos, factores de crecimiento y una matriz tridimensional de soporte), estas células madre se autoorganizan en estructuras que imitan los órganos reales. Con el tiempo, forman varios tipos de células que se encuentran en el órgano de interés, recreando su arquitectura y función básicas.

Podríamos preguntarnos: ¿por qué desarrollar organoides cuando se puede trabajar con cultivos celulares planos y bidimensionales? Los organoides tridimensionales nos permiten estudiar enfermedades y probar nuevos tratamientos con mucha mayor precisión, ya que recapitulan la compleja arquitectura y las interacciones entre células que se encuentran en los tejidos reales. Los cultivos planos hacen crecer las células en una sola capa, perdiendo muchas características importantes de los órganos vivos; los organoides restauran esas características, haciendo que los resultados de laboratorio sean más predictivos de las respuestas humanas.

Al cultivar organoides a partir de las propias células de un paciente, los investigadores pueden probar diferentes terapias en el laboratorio, reduciendo las conjeturas y evitando efectos secundarios innecesarios. Por ejemplo, los médicos pueden obtener una pequeña muestra del tumor de un paciente, derivar organoides de mini-tumores y evaluar varios fármacos de quimioterapia para encontrar el régimen más eficaz para el perfil genético individual de ese paciente. Este enfoque de medicina personalizada reduce los ensayos y errores, proporcionando tratamientos adaptados a la enfermedad única de cada paciente. [2, 3]

Debido a que los organoides provienen de células humanas, también ofrecen una alternativa más ética a las pruebas con animales, y a menudo predicen las respuestas a los fármacos en humanos con mayor precisión. Los investigadores pueden evaluar los medicamentos en tejidos similares a los humanos, ahorrando a los animales de experimentos y acelerando el camino desde el descubrimiento en el laboratorio hasta los ensayos clínicos. A medida que los protocolos mejoran, los organoides algún día podrían reparar tejidos dañados o incluso hacer crecer órganos completos para trasplantes, ofreciendo esperanza a los pacientes con enfermedades crónicas o terminales y a aquellos que esperan coincidencias de donantes en registros de todo el mundo. [4, 5]

A lo largo de los años, los organoides ya han conducido a importantes avances científicos que demuestran su poder. Por ejemplo, se están desarrollando organoides nerviosos a partir del propio tejido de un paciente, cultivados en el laboratorio y luego trasplantados para reparar nervios dañados, ofreciendo soluciones para afecciones que antes se consideraban irreversibles. De manera similar, los organoides cerebrales algún día podrían restaurar las funciones perdidas en ciertas enfermedades neurodegenerativas o lesiones cerebrales graves al reemplazar el tejido perdido. [5]

Los organoides también ayudan a los científicos a avanzar en la investigación del cáncer. Al cultivar mini-tumores derivados del paciente, los investigadores pueden probar varios fármacos en paralelo para ver qué régimen de quimioterapia funciona mejor para las mutaciones tumorales de esa persona. Este enfoque permite a los médicos predecir el tratamiento más eficaz, reduciendo los efectos secundarios nocivos y evitando meses de terapias genéricas ineficaces. [3]

Aunque los organoides son modelos simplificados de órganos humanos, enfrentan desafíos que limitan su uso en la atención médica actual. En primer lugar, carecen de vasos sanguíneos y células inmunitarias, por lo que las células del centro pueden morir de hambre o no mostrar cómo responde un órgano a las infecciones o la inflamación. También faltan otras células de soporte que se encuentran en los órganos completos, por lo que los organoides no pueden imitar completamente la complejidad de los tejidos vivos [1,4]. Por ejemplo, los organoides cerebrales carecen de una barrera hematoencefálica adecuada, lo que dificulta la modelización precisa de ciertas afecciones neurológicas. Finalmente, el desarrollo y almacenamiento de organoides requiere equipos especializados y personal capacitado, lo que aumenta los costos y limita el acceso a esta tecnología en muchos laboratorios.

Los organoides están destinados a ser aún más potentes de lo que son hoy, gracias a los continuos avances tecnológicos. Los avances en los sistemas “órgano-en-chip”, donde los microdispositivos fluidos suministran nutrientes y oxígeno, junto con los esfuerzos para agregar vasos sanguíneos y células inmunitarias a las culturas de organoides [2,6], harán que estos modelos sean más realistas y fiables para la investigación. Otra frontera emocionante es la “inteligencia basada en organoides”, un campo emergente que tiene como objetivo desarrollar dispositivos informáticos biológicos utilizando cultivos tridimensionales de células cerebrales humanas. Si bien los cerebros humanos procesan la información más lentamente que las máquinas, sobresalen en el manejo de datos complejos e inciertos, lo que ofrece ventajas potenciales sobre los sistemas electrónicos para ciertas tareas. [7]

En resumen, los organoides ofrecen una poderosa ventana a la biología humana, lo que permite a los investigadores estudiar enfermedades, probar tratamientos y explorar terapias regenerativas de manera más eficaz y ética. A medida que los protocolos se estandaricen y sean más accesibles, estos mini-órganos pronto podrían ser tan comunes en los hospitales como las máquinas de diagnóstico por imágenes, proporcionando información personalizada y nuevas esperanzas para los pacientes con afecciones que amenazan la vida.

Acerca del autor: Zafar Nausherwaan se graduó con una maestría en Ciencias Biológicas en la Universidad de Ulm, Alemania. Tiene un fuerte compromiso con las ciencias de la vida y una pasión por la investigación.

NOTAS AL PIE

1. Lehmann R, Lee CM, Shugart EC, et al. Human organoids: A new dimension in cell  biology. Mol Biol Cell. 2019;30(10):1129-1137. doi:10.1091/MBC.E19-03- 0135;SUBPAGE:STRING:FULL 

2. Wang Q, Yuan F, Zuo X, Li M. Breakthroughs and challenges of organoid models for  assessing cancer immunotherapy: a cutting-edge tool for advancing personalised  treatments. Cell Death Discovery 2025 11:1. 2025;11(1):1-13. 

3. Boilève A, Cartry J, Goudarzi N, et al. Organoids for Functional Precision Medicine in  Advanced Pancreatic Cancer. Gastroenterology. 2024;167(5):961-976.e13.  doi:10.1053/J.GASTRO.2024.05.032 

4. Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical  applications. MedComm (Beijing). 2023;4(3):e274. doi:10.1002/MCO2.274 

5. Hong SJ, Bock M, Zhang S, An SB, Han I. Therapeutic Transplantation of Human  Central Nervous System Organoids for Neural Reconstruction. International Journal  of Molecular Sciences 2024, Vol 25, Page 8540. 2024;25(15):8540. doi:10.3390/IJMS25158540 

6. Kim J, Koo BK, Knoblich JA. Human organoids: model systems for human biology and  medicine. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2020 21:10. 2020;21(10):571-584.  doi:10.1038/s41580-020-0259-3 

7. Smirnova L, Caffo BS, Gracias DH, et al. Organoid intelligence (OI): the new frontier  in biocomputing and intelligence-in-a-dish. Frontiers in Science. 2023;1:1017235.  doi:10.3389/FSCI.2023.1017235