Un equipo del CNIO utiliza la tecnología de organoides y secuenciación de células individuales para avanzar en el estudio del cáncer de vejiga

⦁ La investigación del cáncer de vejiga se ha visto dificultada por la imposibilidad de conseguir cultivos estables y duraderos en el tiempo de células uroteliales normales, responsables del 90% de estos tumores
⦁ Los investigadores del CNIO han empleado la tecnología de organoides para conseguir cultivos duraderos de células uroteliales normales de ratón que mantienen su identidad, a partir de los cuales se ha identificado una población de células madre proliferativas -importantes para el origen del cáncer de vejiga- que no se habían podido estudiar hasta ahora
⦁ Los resultados del trabajo pueden iniciar una nueva era en el estudio de las enfermedades del sistema urinario y de la regeneración de tejidos

La investigación de los mecanismos biológicos implicados en el tejido urotelial -uno de los tres tipos de tejidos que forman el sistema urinario- ha estado siempre muy limitada por la falta de tecnologías que permitieran trabajar con poblaciones estables y duraderas de las células que lo componen. Como consecuencia, los mecanismos que participan en enfermedades como el cáncer de vejiga -el 90% de estos tumores tienen su origen en las células uroteliales- o la cistitis permanecen poco conocidos. Ahora, científicos del Grupo de Carcinogénesis Epitelial que dirige Paco Real en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), han trabajado con la innovadora tecnología de organoides para conseguir cultivos de células uroteliales de ratón estables y duraderos en el tiempo. Posteriormente, han caracterizado los organoides mediante secuenciación de ARN de células individuales y han identificado una pequeña población de células madre -células proliferativas- que da origen a los organoides y que no se había podido estudiar hasta ahora. Ello permitirá poder trabajar con esta población e iniciar una nueva era en el estudio de las enfermedades del sistema urinario. El trabajo, del que es primera autora la investigadora Catarina P. Santos, se publica en la revista Nature Communications.

Primeros conocimientos sólidos sobre las células uroteliales

El tejido urotelial es uno de los tres tipos de tejidos que componen los órganos del sistema urinario, formando una capa que reviste la vejiga, los riñones, los uréteres y la uretra. Estas células son de gran importancia en la aparición del cáncer de vejiga, ya que su proliferación descontrolada origina el 90% de estos tumores. Estas células también participan en otras enfermedades, como la cistitis, que es muy frecuente, especialmente en las mujeres.

El estudio in vitro de estos tejidos se ha visto dificultado por la imposibilidad de conseguir cultivos estables y duraderos en el tiempo. “Hasta ahora, solo se podían mantener los cultivos unos pocos días o semanas, y apenas se podía trabajar con ellos porque las células enseguida perdían su personalidad”, explica Real. “Con esta nueva técnica, hemos podido mantener el cultivo más de un año y, lo que es más importante, las células conservan las propiedades del tejido original”.

La tecnología de organoides permite crecer los cultivos celulares en una malla tridimensional llamada matrigel. Su ventaja con respecto a los cultivos tradicionales en placas de Petri -en dos dimensiones- es que la estructura tridimensional recuerda más a las condiciones en las que las células crecen en el propio organismo. Se trata de la tecnología que, en el futuro, podría impulsar la generación de órganos para trasplantes.

Los investigadores han ido un paso más allá y, gracias a la secuenciación de ARN de células individuales, han podido identificar la naturaleza de la población de células madre uroteliales de estos organoides, que son capaces de proliferar y pueden dar origen al cáncer. Hasta ahora no se había conseguido expandir, analizar y describir esta población celular porque suponen menos de un 1% del total del tejido de la vejiga, lo que hace muy difícil para los investigadores poder trabajar con ellas y, por lo tanto, avanzar en el estudio de las enfermedades resultantes de su mal funcionamiento. “Ahora ya no tendremos que esperar poder encontrarlas en el tejido humano, sino que las buscaremos directamente porque tenemos más información sobre su identidad”, afirma Real. “Además, podremos ver en qué se parecen y en qué se diferencian de las células de los tumores, porque las células tumorales también proliferan inapropiadamente y es posible que tengan algunos parecidos. Esto nos dará pistas sobre qué es lo que se ha alterado en esas células para que se produzca un tumor”.

Nuevo impulso a la investigación de enfermedades y la regeneración de tejidos

El equipo también ha comprobado que la adquisición de propiedades funcionales es dependiente de Notch, un gen que, en cáncer de vejiga, funciona como supresor de tumores: la activación de Notch hace que las células inicien el proceso de diferenciación, una función normal de la célula que constituye un mecanismo de protección contra el tumor. “Estamos demostrando por primera vez que esta ruta, que ya habíamos evidenciado previamente que está alterada en cáncer de vejiga en colaboración con el investigador Manuel Serrano, juega un papel en el tejido normal, condicionando su diferenciación, y que probablemente ese es el motivo de que también juegue un papel en los tumores”, continúa Real. “Cuando se inactiva esa vía, las células no se pueden diferenciar bien y tendrían una mayor susceptibilidad a desarrollar cáncer”.

Estos hallazgos no se limitan tan solo a beneficiar la investigación del cáncer de vejiga, sino también a otras patologías de este órgano, como por ejemplo la cistitis. “Nuestro trabajo permite a investigadores de otras patologías disponer de poblaciones celulares estables en gran cantidad para poder estudiar estas enfermedades. Además, nuestra técnica de expansión de la población de células puede ser importante para la regeneración de tejidos tras una cirugía”.

Como próximos pasos de la investigación, Paco Real apunta a realizar el mismo procedimiento en células humanas, manipularlas genéticamente e inducir daños para analizar su comportamiento en situaciones patológicas y desentrañar los mecanismos de reparación con los que cuentan.

Este trabajo ha sido realizado en colaboración con el grupo de Alberto Muñoz, del Instituto de Investigaciones Biomédicas CSIC-UAM. El estudio ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Instituto de Salud Carlos III, CIBERONC y la Asociación Española Contra el Cáncer (AECC).

Artículo de referencia: Urothelial organoids originating from Cd49fhigh mouse stem cells display Notch-dependent differentiation capacity. Catarina P. Santos et al (Nature Communications, 2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12307-1