Un coraz¨®n late por s¨ª mismo encima de la mesa

La literatura ya invent¨® hace mucho el coraz¨®n que late por su cuenta ¨Ccon El coraz¨®n delator de Edgard Allan Poe¡ª, pero la ciencia no hab¨ªa estado a la altura hasta hoy. Un equipo de la Universidad de California en Berkeley ha utilizado una combinaci¨®n de m¨¦todos bioqu¨ªmicos (genes, mol¨¦culas) y biof¨ªsicos (formas, tensiones mec¨¢nicas) para convertir las c¨¦lulas madre derivadas de un paciente en un minicoraz¨®n que, esencialmente, se autoensambla, forma sus c¨¢maras y empieza a latir espont¨¢nea y coordinadamente.

El coraz¨®n es muy similar al que se forma en el feto. Como las c¨¦lulas madre de partida est¨¢n derivadas de la piel de pacientes (son c¨¦lulas iPS, o c¨¦lulas madre de pluripotencia inducida), el coraz¨®n es gen¨¦ticamente id¨¦ntico al paciente en cuesti¨®n. Kevin Healy, Bruce Conklin y sus colegas de Berkeley esperan que el mini¨®rgano sirva para estudiar las fases tempranas del desarrollo del coraz¨®n, tanto en condiciones normales como patol¨®gicas. Y sobre todo para probar bater¨ªas enteras de f¨¢rmacos y evaluar sus efectos sobre el desarrollo cardiaco: una buena forma de saber qu¨¦ medicamentos puede tomar una embarazada.

Como uno de los principales objetivos de estos mini¨®rganos es probar el efecto de los f¨¢rmacos sobre el desarrollo cardiaco

Desde las primeras d¨¦cadas del siglo XX, con el r¨¢pido desarrollo de la gen¨¦tica en el laboratorio de Thomas Morgan en Nueva York, el paradigma del desarrollo embrionario se ha basado en los genes, que se activan o reprimen en seg¨²n qu¨¦ c¨¦lulas del embri¨®n, y en el intercambio de se?ales qu¨ªmicas entre c¨¦lulas vecinas. Pero ya en 1917, el gran bi¨®logo y matem¨¢tico escoc¨¦s D¡¯Arcy Thompson advirti¨® a sus colegas que estaban descuidando otro ¨¢ngulo de la cuesti¨®n: las fuerzas mec¨¢nicas o, m¨¢s en general, las leyes de la f¨ªsica.

Los cient¨ªficos de Berkeley, que reconocen el precedente de D¡¯Arcy Thompson en la primera l¨ªnea de su art¨ªculo ¨Cpublicado en Nature Communications¡ª, no solo han utilizado se?ales qu¨ªmicas para estimular a las c¨¦lulas madre a diferenciarse como tejido cardiaco, sino que tambi¨¦n les han impuesto gu¨ªas y restricciones mec¨¢nicas, como barreras circulares que no pueden sobrepasar, y que les imponen ciertas geometr¨ªas y tensiones que emulan a las del desarrollo del embri¨®n.

En el plazo de un par de semanas, las c¨¦lulas se autoorganizan seg¨²n su posici¨®n en el c¨ªrculo al que han sido restringidas. Las c¨¦lulas de la periferia experimentan mayor tensi¨®n mec¨¢nica, y como consecuencia empiezan a diferenciarse como fibroblastos, las c¨¦lulas que forman el tejido conectivo y producen col¨¢geno. Las c¨¦lulas del centro, que experimentan poca tensi¨®n mec¨¢nica, se diferencian como cardiomiocitos, o c¨¦lulas del m¨²sculo cardiaco.

Como las c¨¦lulas madre de partida est¨¢n derivadas de la piel de pacientes (son c¨¦lulas iPS, o c¨¦lulas madre de pluripotencia inducida), el coraz¨®n es gen¨¦ticamente id¨¦ntico al paciente en cuesti¨®n

A partir de esta organizaci¨®n temprana del trabajo, lo que empez¨® como una simple superficie empieza a autoorganizarse en 3D, formando las c¨¢maras cardiacas en una emulaci¨®n del proceso de desarrollo normal. ¡°El patr¨®n geom¨¦trico confinado provee las pistas bioqu¨ªmicas y biof¨ªsicas que dirigen la diferenciaci¨®n cardiaca y la formaci¨®n de microc¨¢maras que laten¡±, explica el primer autor del trabajo, Zhen Ma, de la Universidad de California en Berkeley.

Como uno de los principales objetivos de estos mini¨®rganos es probar el efecto de los f¨¢rmacos sobre el desarrollo cardiaco, los autores han expuesto sus minicorazones en proceso de diferenciaci¨®n a una droga de conocidos (y grav¨ªsimos) efectos perjudiciales: la talidomida. Este f¨¢rmaco, en efecto, utilizado en las dosis terap¨¦uticas t¨ªpicas sobre los mini¨®rganos, causa un desarrollo anormal de las microc¨¢maras, una contracci¨®n muscular deficiente y un ritmo de latido m¨¢s lento de lo normal. La idea ahora es hacer lo mismo con todo f¨¢rmaco sospechoso.

¡°Aqu¨ª nos hemos centrado en el desarrollo cardiaco temprano¡±, explica Healy, ¡°pero los principios b¨¢sicos para distribuir geom¨¦tricamente las c¨¦lulas madre humanas y despu¨¦s diferenciarlas se puede extender f¨¢cilmente a un amplio rango de tejidos para entender la embriog¨¦nesis y la morfog¨¦nesis (la generaci¨®n de formas)¡±. Los investigadores predicen que este tipo de sistemas acabar¨¢ sustituyendo a los modelos animales para muchos prop¨®sitos.

D¡¯Arcy se estar¨¢ agitando satisfecho en su tumba.

?