Todos los mamíferos tienen glándulas mamarias que producen leche, una característica que ha fascinado a los científicos durante muchos años. Preguntas como por qué evolucionaron las glándulas mamarias en primer lugar, cómo se han adaptado a diferentes especies y qué presiones evolutivas únicas dieron forma a su desarrollo siguen en gran medida sin respuesta.
Para investigar cómo varias especies han desarrollado soluciones únicas a los desafíos biológicos, mi equipo en el Laboratorio Rauner de la Facultad de Medicina de la Universidad de Tufts está recreando la diversidad de los mamíferos en una placa a través de versiones en miniatura de glándulas mamarias: organoides. Estos modelos pueden arrojar luz sobre los procesos biológicos fundamentales detrás de la producción de leche, la regeneración de tejidos y las primeras etapas del desarrollo del cáncer de mama
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¿Qué son los organoides?
Los organoides son estructuras tridimensionales en miniatura cultivadas en una placa de cultivo celular que imitan la estructura y la función de los órganos reales. Estos modelos se crean guiando a las células madre, que tienen la capacidad única de diferenciarse en varios tipos de células, para formar tipos específicos de células orgánicas.
Si bien no son réplicas en miniatura exactas de órganos de tamaño real, los organoides contienen suficientes células y arquitectura de tejido para recrear el entorno y las funciones clave del órgano que modelan. Por ejemplo, un organoide de glándula mamaria o un organoide de tejido mamario están compuestos de pequeños conductos alargados que terminan en una estructura esférica, imitando los conductos lácteos y los alvéolos del tejido de la glándula.
Los organoides proporcionan una herramienta poderosa para la investigación biomédica porque ofrecen una representación en 3D de la estructura y función de un órgano. A diferencia de los cultivos celulares 2D tradicionales, los organoides pueden imitar la complejidad de los tejidos reales, incluida su arquitectura y diversos tipos de células. Esto permite a los investigadores estudiar procesos biológicos complejos como el desarrollo de tejidos, la regeneración y la progresión de enfermedades, en un entorno controlado, al tiempo que se reduce la dependencia de modelos animales.
Diversidad de mamíferos en una placa
Los investigadores han utilizado tradicionalmente organoides para modelar enfermedades humanas, probar medicamentos y estudiar la biología del desarrollo. Sin embargo, su potencial se extiende mucho más allá de estas aplicaciones, particularmente en el campo de la biología evolutiva.
Mi investigación se centra en la generación de organoides de glándulas mamarias a partir de una variedad de especies de mamíferos. Los mamíferos son increíblemente diversos, y cada especie está adaptada a una amplia gama de entornos y estilos de vida. La glándula mamaria, esencial para nutrir a las crías, presenta una variación significativa entre especies.
Por ejemplo, los monotremas, como el ornitorrinco y el equidna, pertenecen a una clase única y antigua de mamíferos. Los monotremas se separaron de otros grupos de mamíferos hace aproximadamente 190 millones de años y se distinguen por sus métodos reproductivos: ponen huevos en lugar de dar a luz a animales vivos. Sus glándulas mamarias son marcadamente diferentes de las de los mamíferos euterios, como las vacas y los humanos, que tienen pezones; los monotremas, en cambio, secretan leche a través de pelos mamarios especializados.
Los científicos creen que diferentes presiones ambientales y estrategias reproductivas han impulsado la evolución de diversas formas de lactancia. Sin embargo, los mecanismos exactos y las vías evolutivas aún son en gran medida desconocidos. Al comparar los organoides de estas diversas especies, los investigadores pueden arrojar luz sobre cómo estas estructuras antiguas han evolucionado y se han adaptado a lo largo de millones de años para satisfacer las necesidades reproductivas de diferentes animales.
Perspectivas más allá de la glándula mamaria
Estudiar las propiedades únicas de la glándula mamaria también puede arrojar luz sobre otras áreas de la biología y la medicina. Por ejemplo, la glándula mamaria puede regenerarse con cada ciclo de reproducción y lactancia, lo que la convierte en un modelo excelente para estudiar la regeneración de tejidos. Con los organoides, los investigadores pueden observar el proceso de regeneración en tiempo real e investigar cómo han evolucionado diferentes especies para mantener esta capacidad regenerativa. Comprender los mecanismos detrás de la regeneración podría conducir a avances en la medicina regenerativa, un campo que se centra en reparar o reemplazar tejidos y órganos dañados en afecciones como enfermedades cardíacas, diabetes y lesiones.
Los organoides mamarios también pueden ayudar con la investigación del cáncer de mama. El estudio de los organoides mamarios de especies que rara vez desarrollan tumores de mama, como las vacas y los cerdos, podría descubrir posibles mecanismos de protección e informar nuevas estrategias para la prevención y el tratamiento del cáncer de mama en personas. Los organoides también proporcionan una plataforma para estudiar los primeros eventos de la formación de tumores y el entorno celular que contribuye al desarrollo del cáncer.
Los organoides también permiten a los científicos estudiar el inicio, la duración y el cese de la lactancia en diferentes especies. El proceso de lactancia varía ampliamente entre los mamíferos, influenciado por factores como los cambios hormonales y las condiciones ambientales. Algunos mamíferos tienen formas únicas de lactancia. Por ejemplo, los marsupiales como el ualabí de Tammar pueden producir dos tipos de leche simultáneamente para satisfacer las necesidades nutricionales de las crías en diferentes etapas de desarrollo, un fenómeno conocido como lactancia concurrente asincrónica. Además, el lobo marino puede mantener la lactancia a pesar de períodos prolongados sin amamantar. El estudio de diferentes tipos de lactancia a través de organoides mamarios puede proporcionar conocimientos más profundos sobre cómo se regula la lactancia, revelando adaptaciones evolutivas que podrían aclarar la biología de la lactancia humana y mejorar las estrategias de producción de leche del ganado en la agricultura.
El potencial de la tecnología de organoides
Los organoides ofrecen varias ventajas sobre los modelos animales tradicionales. Por un lado, proporcionan un entorno controlado para estudiar procesos biológicos complejos y permiten a los científicos realizar múltiples pruebas simultáneamente, lo que aumenta la eficiencia de la investigación.
También reducen las preocupaciones éticas asociadas con la investigación con animales. Los organoides se pueden generar a partir de animales que no están disponibles para la investigación en vivo, como especies raras o en peligro de extinción.
Además, los organoides se pueden modificar genéticamente para investigar genes y vías específicas, lo que proporciona conocimientos más profundos sobre los mecanismos moleculares que subyacen a la biología de la glándula mamaria. Si bien los organoides son una herramienta poderosa, no están exentos de limitaciones. No pueden replicar por completo la complejidad de los tejidos vivos, y los hallazgos de los estudios de organoides deben validarse en sujetos vivos. A pesar de estos obstáculos, los avances en la tecnología de organoides continúan ampliando los límites de lo posible, ofreciendo nuevas oportunidades para explorar la diversidad y la evolución de los mamíferos. Al recrear la diversidad de tejidos de mamíferos en una placa, los investigadores pueden obtener información importante sobre cómo han evolucionado las diferentes especies para resolver desafíos biológicos, con el potencial de beneficiar la salud humana, la agricultura y la ciencia de la nutrición.
Fuente: Live Science.
