Susanne van den Brink és una de les pioneres de la investigació biomèdica utilitzant organoides embrionaris. Actualment treballa al laboratori de Cèl·lules Mare i Càncer dirigit per Anna Bigas a l‘Hospital del Mar Research Institute.
Els organoides embrionaris –o models embrionaris– són cultius tridimensionals de cèl·lules mare que s’assemblen a etapes del desenvolupament embrionari. La majoria dels models embrionaris disponibles actualment reprodueixen només una part de l’embrió. Ens permeten comprendre millor el desenvolupament de l’embrió i, en el futur, podria ser possible utilitzar-los per crear teixits i cèl·lules amb fins de trasplantament.
En aquesta entrevista, van den Brink explica com està desenvolupant un model embrionari que es podria fer servir per produir cèl·lules mare sanguínies. Aquestes podrien substituir les cèl·lules mare sanguínies obtingudes de donants en els trasplantaments de medul·la òssia, que s’utilitzen per tractar malalties com la leucèmia. També parlem amb ella sobre què significa ser pionera i sobre ètica científica.
Com va començar la teva feina amb organoides embrionaris?
Durant les meves pràctiques de màster al laboratori d’Alfonso Martínez Arias a la Universitat de Cambridge, vam desenvolupar el primer model embrionari de ratolí, i ho vam fer en part per casualitat. Vam combinar dos protocols de cultiu de cèl·lules mare i accidentalment vam produir estructures rodones tridimensionals que es van allargar.
Al principi estàvem confosos sobre aquestes estructures i vam decidir filmar-les sota el microscopi durant 24 hores. L’endemà vam confirmar la sospita del meu supervisor que era una estructura semblant a un embrió. Estàvem tan entusiasmats que vam trucar a persones d’altres laboratoris perquè vinguessin i veiessin els nostres resultats. Van ser unes pràctiques molt surrealistes; vaig tenir molta sort.
“Durant les meves pràctiques de màster al laboratori d’Alfonso Martínez Arias a la Universitat de Cambridge, vam desenvolupar el primer model embrionari de ratolí, i ho vam fer en part per casualitat”.
Vam publicar el model embrionari el 2014 i vaig continuar desenvolupant aquests organoides durant el meu doctorat a l’Institut Hubrecht als Països Baixos. Durant el meu doctorat vam col·laborar amb Alfonso Martínez Arias a Cambridge i junts vam desenvolupar la primera versió humana d’aquest organoide.
Vaig decidir venir al PRBB per fer el meu postdoctorat per recomanació de l’Alfonso (que recentment també s’havia mudat aquí) i perquè vaig quedar realment impressionada amb les instal·lacions de microscòpia que hi ha aquí. Al parc hi ha molt bons microscopis, que són compartits per tots els centres de recerca que hi treballen.
Podries explicar-nos més sobre què són els models embrionaris?
Els models o organoides embrionaris són estructures tridimensionals que s’assemblen a certes etapes del desenvolupament embrionari humà o de ratolí. Els creem al laboratori sense fertilització, usant cèl·lules mare. Els tipus de models embrionaris amb què estem treballant són models incomplets perquè no poden produir algunes parts vitals de l’embrió, com els teixits extraembrionaris o algunes parts del cos. Per tant, no són viables perquè no es poden desenvolupar com a individus.
Només es fan servir durant uns dies per estudiar una etapa concreta del desenvolupament embrionari. Laboratoris de tot el món estan desenvolupant diferents models embrionaris que s’assemblen a diferents etapes del desenvolupament o parts de l’embrió.
Quin tipus de model embrionari utilitzeu?
Treballem amb gastruloides de ratolí, que imiten part del procés de gastrulació. Durant la gastrulació, l’embrió estableix l’eix del cos. S’allarga i comença a definir què serà el cap, la cua, l’esquerra, la dreta, la part dorsal i la part ventral del cos. Aquesta etapa té lloc entre els dies 6,5 i 8,5 després de la fertilització en ratolí i comença el dia 16 en humans.
Mantenim els gastruloides humans en cultiu fins a quatre dies, mentre que els gastruloides de ratolí es poden mantenir fins a nou dies. Els gastruloides no tenen la part de l’embrió que desenvolupa estructures anteriors com el cervell, ni els teixits extraembrionaris que formen estructures com la placenta. Per tant, no són viables, ja que mai no podran implantar-se a l’úter ni convertir-se en un individu complet. Això és molt important des d’un punt de vista ètic.
La qüestió ètica és certament molt important en aquest tipus de recerca, i hi tornarem més endavant. Però, primer, ens pots parlar de les aplicacions d’aquests models embrionaris?
Es poden fer servir per estudiar el desenvolupament embrionari, per testar la toxicitat de medicaments i aliments durant l’embaràs en el desenvolupament embrionari i, en el futur, potser també per desenvolupar teixits per fer trasplantaments. Quan els científics i científiques estudien el desenvolupament embrionari solen utilitzar models animals com ratolins. Aquests models han estat extremadament útils, però tenen algunes limitacions. Per exemple, no es poden obtenir embrions de ratolí en grans quantitats, cosa que dificulta la realització de screenings a gran escala (proves de toxicitat i drogues), i els resultats obtinguts en ratolins no sempre són rellevants per als humans.
“Quan els científics estudien el desenvolupament embrionari, normalment utilitzen models animals com ratolins. Aquests models han estat extremadament útils, però tenen algunes limitacions”
Aquest va ser el cas a la dècada de 1950 amb la talidomida, un fàrmac utilitzat per reduir les nàusees matutines en dones embarassades. Va ser provat en ratolins, per la qual cosa es va pensar que era segur. Però més tard es va descobrir que en realitat és molt perillós en els humans i va provocar que els nadons patissin greus deformitats. L’ús de models embrionaris humans podria haver evitat això.
Els organoides embrionaris també es poden fer servir per estudiar etapes del desenvolupament embrionari humà que no es poden estudiar amb embrions humans naturals. Avui dia, a la majoria dels països, només podem estudiar embrions humans viables (‘restes’ de la reproducció assistida) fins al dia 14, o bé utilitzar material d’avorts, que sol estar disponible a partir de la setmana 4. Per tant , el nostre coneixement sobre el desenvolupament humà entre el dia 14 i la setmana 4 és actualment molt limitat. Els models embrionaris humans es poden utilitzar per estudiar processos essencials, com la gastrulació, que tenen lloc entre el dia 14 i la setmana 4.
De què tracta la vostra investigació amb models embrionaris? Què voleu aconseguir?
Estem treballant amb el model gastruloide i intentem generar cèl·lules mare sanguínies. Aquestes podrien utilitzar-se en trasplantaments de medul·la òssia per tractar malalties de la sang com la leucèmia. Això ens permetria evitar diversos problemes associats amb els trasplantaments de medul·la òssia de donants, com la dificultat de trobar donants immunocompatibles.
Intentem modelar la regió AGM (aorta-gònada-mesonefres) de l’embrió de ratolí, on es produeixen les cèl·lules mare sanguínies durant l’embriogènesi. Si tenim èxit amb el ratolí, ho intentarem amb cèl·lules humanes.
Si funciona, podríem produir cèl·lules mare sanguínies personalitzades a partir de cèl·lules de la pell d’un pacient. Però com que això seria car, també estem pensant en mètodes alternatius. Potser podríem fer 40 línies d’organoides embrionaris amb els 40 tipus de sang més comuns; o centrar-nos en els tipus per als quals trobar donants compatibles és un repte. Estem col·laborant amb els bancs de sang catalans i holandesos, perquè ells coneixen millor les necessitats.
Ja és possible generar teixits mitjançant cultius d’organoides, models que imiten òrgans específics. Per què és més interessant generar aquests teixits utilitzant models embrionaris?
Sí, aquesta és una pregunta molt bona. Un organoide només reprodueix un òrgan específic. Un model embrionari, o organoide embrionari, reprodueix una part completa de l’embrió, inclòs l’òrgan d’interès i tots els teixits circumdants. Això és important perquè els teixits interactuen entre si. Per exemple, en el nostre cas, les cèl·lules mare sanguínies es desenvolupen a l’aorta embrionària, i els teixits propers a l’aorta secreten senyals que influeixen en el desenvolupament de les cèl·lules mare sanguínies. Per tant, probablement no només necessitarem l’aorta, sinó també les gònades i els mesonefres (ronyons embrionaris), que es desenvolupen a prop de l’aorta, per generar cèl·lules mare sanguínies trasplantables.
Hi ha consideracions i lleis ètiques molt estrictes pel que fa a la investigació amb embrions humans. Com s’apliquen als models embrionaris?
Estic molt interessada en l’ètica. La majoria dels científics i científiques que he conegut són molt curosos: volem fer coses que millorin la societat i no volem fer malbé la imatge pública del nostre camp. A més, abans de fer qualsevol nou experiment, amb humans o animals, hem de passar pels comitès d’ètica.
“Volem fer coses que millorin la societat i no volem fer malbé la imatge pública del nostre camp. A més, abans de realitzar qualsevol nou experiment amb humans o animals, hem de passar pels comitès d’ètica”
A la majoria dels països, la llei no permet que els embrions humans creats mitjançant fertilització in vitro (FIV) es mantinguin vius més enllà del dia 14 després de la fertilització. Això és just abans de la gastrulació. Per als models embrionaris, encara no hi ha lleis a la majoria dels països, però la comunitat científica generalment accepta les pautes ètiques de la Societat Internacional per a la Investigació amb Cèl·lules Mare (ISSCR). Aquestes pautes estableixen, entre altres coses, que els models embrionaris humans mai no s’han de transferir a l’úter d’una persona o un animal.
Estic treballant amb el govern holandès, que comença a redactar la primera versió de la seva llei sobre models embrionaris humans. Redactar aquesta llei és molt complicat. El govern està organitzant debats amb la societat. Si es vol obtenir una opinió informada del públic en general, primer cal dedicar temps a explicar els conceptes, i això de vegades és molt difícil.
Aleshores esteu treballant amb models de ratolí, però no sabeu si serà legal passar a models humans…
Exacte. Tot i que probablement estaria permès ja que només volem modelar la regió AGM, no l’embrió complet. El comitè d’ètica creu que és ètic produir gastruloides humans, tot i que modelen embrions humans de més de 14 dies, perquè no tenen teixits embrionaris addicionals i estructures neurals anteriors, per la qual cosa no poden generar el cervell ni es poden implantar.
En qualsevol cas, personalment també estic molt interessada en com l’embrió de ratolí construeix la regió AGM. En intentar crear aquest organoide embrionari de ratolí, estem aprenent molt sobre el desenvolupament embrionari i adquirint coneixement fonamental.
Quins són els desafiaments més grans de la vostra recerca?
Volem construir alguna cosa que ningú no ha generat fins ara i, per tant, no tenim idea de com fer-ho! L’única estratègia possible és provar tantes coses com sigui possible. De vegades basem els nostres experiments en coneixement extret de la literatura científica sobre l’embriogènesi, però també es tracta simplement de provar coses.
“Volem construir alguna cosa que ningú no ha generat abans i, per tant, no tenim idea de com fer-ho. I com que som pioneres, no sempre podem predir el que passarà”
També tenim problemes amb la reproductibilitat, i això és molt important. De vegades aconsegueixo crear alguna cosa que es veu realment bonica i l’endemà, encara que faig exactament el mateix, no ho puc reproduir. Ser pionera és molt divertit però també difícil. Cal molta paciència. I és lent.
Finalment, hi ha un aspecte rellevant en relació a les qüestions ètiques. Demanem permís als comitès d’ètica, però, com que som pioneres, no sempre podem predir el que passarà. Aquest model de gastruloide el vaig fer per primera vegada durant les meves pràctiques – per accident. Això és una complicació habitual d’aquest camp; de vegades no saps què faràs fins que ho has fet.
Parles amb molta passió sobre la teva feina!
Sí, vaig pensar molt a canviar de camp, i de fet ho vaig fer durant un temps. Però realment vaig trobar a faltar aquest camp. M’agraden molt aquests organoides embrionaris. Em sembla fascinant que les cèl·lules es puguin autoorganitzar espontàniament en una estructura que constitueixi parts de l’embrió.
Tenim vídeos on pots veure els nostres models embrionaris gastruloides formant-se i allargant-se sota el microscopi, i és increïble. Les cèl·lules poden fer-ho per si soles i podem veure com interactuen entre si per formar estructures complexes. I els nostres models embrionaris ens ajuden a comprendre millor aquests fascinants i complexos processos que impulsen el desenvolupament embrionari primerenc en ratolins i humans.
