Aunque generar ojos en una placa de laboratorio suene a película de ciencia ficción, ya estamos más cerca de que sea una realidad. Científicos japoneses  han conseguido generar una retina sintética completa a partir de células madre embrionarias. Producir órganos complejos in vitro es uno de los mayores retos de la medicina regenerativa. Con este gran avance, estamos en el buen camino para generar no sólo distintos tipos de células, sino tejidos organizados u órganos artificiales. En el futuro, se abre la esperanza de poder restaurar la vista de personas ciegas trasplantando retinas generadas a partir de las propias células madre del paciente.

Según se publica en el último número de la revista Nature, Eiraku et al. del centro RIKEN de Biología del Desarrollo en Kobe (Japón), han logrado que células madre embrionarias de ratón se diferenciaran en un medio de cultivo en el laboratorio, y se organizaran de forma espontanea en una estructura tridimensional que recuerda la estructura de capas de la cúpula óptica. Muestran además videos de todo el proceso. Por primera vez se puede ver a tiempo real el desarrollo del ojo de un mamífero. Más impactante aun es que no se trata del desarrollo en animales vivos, sino de la auto-organización en tres dimensiones de células madre embrionarias hasta dar lugar a retinas completas.

Los intentos por esclarecer los mecanismos que subyacen el desarrollo del ojo comenzaron hace más de un siglo. A día de hoy se han identificado numerosos genes necesarios para la formación de la cúpula óptica. Y hasta ahora, utilizando células madre embrionarias humanas, ya se había conseguido diferenciarlas a células del epitelio pigmentario y a neuronas de la retina. Sin embargo, solo se había conseguido in vitro que estas células se organizaban en una monocapa, en lugar de la compleja estructura laminar que deberían formar. Ahora, Mototsugu Eiraku y Yoshiki Sasai han demostrado que la formación de la doble capa de la cúpula ocular ocurre espontáneamente en la placa de cultivo, partiendo de una población homogénea de células pluripotentes.

La clave del éxito de estos experimentos fue la adición al medio de cultivo de una sustancia llamada Matrigel. El Matrigel incluye componentes presentes en la matriz extracelular. La matriz extracelular es el medio en el que están «inmersas» las células, un entramado de moléculas, proteínas y carbohidratos que se disponen en el espacio intercelular. Tiene múltiples funciones, por ejemplo mantiene la forma celular, permite la adhesión de las células para formar los tejidos. Sirve también para la comunicación intercelular, con lo que modula la diferenciación y la fisiología de la célula. Por ello, al añadir Matrigel al medio de cultivo, lo que se consigue es un medio de crecimiento más parecido al que encontrarían las células dentro del cuerpo, genera un soporte tridimensional que ayuda al proceso de organización y diferenciación.

Las células embrionarias fueron diferenciándose de forma independiente para generar los tejidos adecuados. Comprobaron que progresivamente de los laterales de las esferas de células embrionarias aparecía una capa de células similar a la vesícula oftálmica, el primer paso que se produce de forma natural para la generación de los ojos. Con el tiempo, estas vesículas ópticas espontáneamente formaron cúpulas ópticas con doble capa. Estas cúpulas expresaban además marcadores que identifican la retina neural y el epitelio pigmentario. Consiguieron así reproducir las primeras etapas del desarrollo del ojo. La prueba más impactante de que se trata de retinas autenticas es que las células se dividieron y diferenciaron a los distintos tipos de neuronas de la retina, incluyendo los fotoreceptores. Todo el proceso parece seguir la secuencia normal de desarrollo y las células resultantes estaban organizadas correctamente en las capas celulares apropiadas. Sin embrago, podrían existir problemas en cuanto a la funcionalidad del tejido. En el estudio no han demostrado la sensibilidad del tejido a la luz y la capacidad para trasmitir impulsos. Según señala Sasai, los esfuerzos de este grupo se dirigen a testar la funcionalidad de estas retinas sintéticas.

A pesar de que se haya logrado crecer retinas en cultivo, aun desconocemos los principios que regulan su desarrollo. Por ejemplo, sorprende el hecho de que las cúpulas ópticas se hayan podido formar sin necesidad de contacto con el epitelio de superficie o el mesénquima, tejidos que normalmente rodean estas células en el embrión en desarrollo y que hasta ahora se consideraban fundamentales para que se produjese una correcta diferenciación celular. En este sentido, los autores señalan que la formación de esta estructura primigenia de los ojos podría depender de un “programa intrínseco” que dirige a las células de forma secuencial hacia su destino y posición.

Quedan aún muchas preguntas por responder, pero el sistema de Sasai y su equipo tiene un gran potencial, ya que se puede utilizar para definir los factores esenciales para el desarrollo del ojo. En un artículo publicado en la misma edición de Nature por Robin Ali y Jane Sowden, afirman que un sistema tridimensional equivalente para el ser humano podría servir para reproducir enfermedades y probar medicamentos utilizando células madre pluripotentes de los propios pacientes. Muchas formas de ceguera no tratable resultan de la perdida de las células fotoreceptoras, quedando el resto de la retina intacta. En ratón ya se ha comprobado que el trasplante de células precursoras de estos fotoreceptores pueden reparar retinas adultas. Pero el problema está en conseguir el número suficiente de precursores de fotoreceptores y en el estadio correcto. Este nuevo sistema de cultivo de células precursoras en 3D podría llegar a solucionar este problema ya que se conseguirían retinas sintéticas en estadios determinados que luego se usarían en trasplantes. Pero aún es demasiado pronto para hablar de su aplicación clínica, ya que todavía hay que demostrar que el proceso puede reproducirse con células humanas.