Estamos acostumbrados a pensar en nosotros mismos como un producto terminado. Puede que el acabado no sea exactamente lo que nos gustaría, pero no hay forma de evitarlo. A partir de un huevo fertilizado, nos desarrollamos en el proceso de formación secuencial de células y tejidos hasta que llegamos a este mundo, llorando y babeando. Y a partir de ese momento comienza una historia larga y corriente, que termina sin dientes, "sin ojos, sin gusto, sin todo".
Pero esta vieja historia de Shakespeare sobre el marchitamiento, la decrepitud, la decadencia y, como resultado, el olvido ya no es un reflejo exacto de la realidad. Ahora tenemos los medios para reparar y reemplazar el tejido dañado. Hablo por experiencia personal. Durante los últimos meses, he visto como un trozo de mi carne que fue cortado de mi mano se convirtió en una estructura llamada "organoide", un órgano en miniatura. En mi caso, se ha convertido en una estructura que algunos llaman mini-cerebro: tiene aproximadamente el tamaño de un guisante congelado y exhibe muchas de las características de un cerebro real que crece en un feto intrauterino. He visto evidencia de que las neuronas en dicho tejido pueden disparar destellos, enviándose señales entre sí. Sería demasiado poético llamar pensamientos a estas señales,pero son la "sustancia del pensamiento".
Mi carne podría ser otra cosa si los científicos tomaran esa decisión. Podría convertirse en un organoide del riñón o en una estructura similar a alguna parte del corazón o páncreas. Podría convertirse en un tejido sensible a la luz como la retina. Con base en la evidencia disponible, se ha establecido que ella podría convertirse en un óvulo, o un espermatozoide, o algo así como un embrión real, el comienzo de un ser vivo. Ella podría convertirse en cualquier parte o en todas partes de "mí". En consecuencia, existe una tecnología que permite avivar fantasías y plantar una idea tentadora para engañar a la muerte restaurando un organismo enfermo o incluso creando uno nuevo, cultivado en el laboratorio, "para reemplazar" al anterior.
En el año del 200 aniversario del lanzamiento de la novela Frankenstein de Mary Shelley, sería fácil presentar todo en una forma grotesca, si no apocalíptica. Digamos que imaginamos a personas cultivadas por encargo en frascos, como el Criadero Central en la novela distópica de Aldous Huxley Un mundo feliz. Pero mis mini-cerebros (hay varios) fueron cultivados por una buena causa. Son parte del proyecto Created Out of Mind, financiado por Wellcome Trust, una organización benéfica internacional independiente, que tiene como objetivo ampliar nuestro conocimiento sobre la demencia y los principios del cuidado de las personas con el trastorno. Los investigadores que crearon estos orgánulos están estudiando la base genética de los trastornos neurodegenerativos que causan la demencia. Mi mini-cerebro se utilizará en este estudio, lo que significa que probablementealgún día ayudará a ralentizar los cierres cerebrales de otras personas.
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Hay animales, como la salamandra, que son capaces de restaurar una extremidad perdida completa, que consta de muchos tipos de tejidos. Nuestro cuerpo humano es capaz de regenerar la piel cuando cicatrizan pequeñas heridas, pero por lo demás, en el mejor de los casos es capaz de crear sólo unos pocos "parches" de tejido cicatricial áspero. Pero si un órgano falla, no se puede restaurar y muere. Podemos sobrevivir con un injerto de donante o con una prótesis mecánica. Pero el cultivo de tejido para obtener varios tipos de células y, posiblemente, como resultado, orgánulos en miniatura completos ahora hace posible que la capacidad de regeneración, que, por ejemplo, tiene una salamandra, esté disponible para los humanos. Estas técnicas no solo tienen un potencial abrumador en la medicina, sino que también refutan las creencias que se han formado a lo largo de los años.
Si esto suena horrible y desalentador, es solo porque no hemos interiorizado la verdad que Frankenstein nos obligó a mirar a los ojos. Esta verdad es que estamos hechos de materia, y esa materia de alguna manera se trasciende a sí misma y crea una mente que se asoma fuera de su caparazón. Aún no sabemos en qué parte de esta criatura, hecha de carne, está su esencia, su "yo". Las nuevas ciencias de la "reprogramación celular" están sacudiendo ideas al respecto como nunca antes, en la forma en que están arraigadas en mi conciencia, literalmente intuitivamente.
El pasado mes de julio, científicos del Instituto de Neurología de la University College London (UCL) extirparon un pequeño trozo de tejido blando de mi hombro derecho. Esto se hizo con anestesia local suave y no sentí nada. Las células de la capa subcutánea fueron un elemento importante de esta biopsia. Se denominan fibroblastos y son las principales "fuentes" de tejido conectivo del cuerpo. Forman la piel y son células clave involucradas en la cicatrización de heridas. Los neurocientíficos de la UCL Selina Wray y Christopher Lovejoy me tomaron fibroblastos y los colocaron en pequeñas placas de Petri con una solución roja que contenía los nutrientes necesarios para que el crecimiento celular se reproduzca.
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Dos meses después, pude observar a través de un microscopio una colonia de fibroblastos que crecía a partir de la masa oscura de un trozo de tejido en mi mano. Estas estructuras celulares alargadas brotan del tejido en filas uniformes, como si apuntaran a alguna parte.
Entonces, ¿cuán verdaderamente nuevo fue lo que vi? En nuestro tiempo, la capacidad básica de hacer crecer células en cultivo es un arte conocido desde hace mucho tiempo. Debe admitirse que una vez se consideró un milagro, se distingue por un misterio especial. Cuando en 1912 el cirujano francés Alexis Carrel anunció por primera vez que había cultivado células "inmortales" a partir del tejido de un corazón de pollo, los periódicos comenzaron a publicar artículos sensacionales que decían que la muerte ya no era inevitable. Estos artículos sensacionales resultaron ser tremendamente exagerados. Pero cultivar un "mini-cerebro" a partir de células extraídas de mi piel es una empresa completamente diferente del cultivo habitual de células recolectadas.
Ray y Lovejoy tendrán que transformar los fibroblastos de mi piel en neuronas, células cerebrales. Hacen esto en dos pasos. Primero, los convierten en una célula que puede crear cualquier tejido durante el desarrollo y luego los dirigen para que se conviertan en células del tipo requerido. Para comprender cómo sucede esto, debe saber que todas las células vivas del cuerpo humano contienen el mismo conjunto completo de "instrucciones", codificadas en el ADN, que se encuentran en 23 pares de cromosomas y se dividen en secciones llamadas genes, cada una de las cuales actúa en nuestros procesos bioquímicos. función específica. Básicamente, cada celda tiene el mismo código completo que todas las demás. Por supuesto, en un organismo maduro, diferentes tipos de células realizan diferentes tareas. Para ello, se "encienden" y "apagan" diferentes genes. Es con tal interruptor que se forma una célula de un tipo (cerebro, piel, músculos, células hepáticas, etc.) y no otro.
Gran parte de este cambio de genes (o "regulación") se lleva a cabo mediante moléculas de proteína llamadas factores de transcripción. Ellos mismos están codificados en genes: es decir, el genoma mismo contiene instrucciones para crear los factores de transcripción que lo regulan. Para regular la actividad de los genes, nuestras células crean diferentes factores de transcripción todo el tiempo. Debido a esto, los diferentes tipos de células se comportan de manera diferente. Además, al cambiar de genes, un óvulo fertilizado puede convertirse en un organismo compuesto por muchos tejidos diferentes.
Las primeras células de un embrión en crecimiento, llamadas células madre embrionarias, pueden evolucionar hacia cualquier tipo de tejido: se dice que son “pluripotentes” y podemos decir que todavía contienen todo su potencial genético. Pero a medida que el embrión se convierte en feto y luego en niño, las células comienzan a diferenciarse en tipos de células con una función específica (corazón, hígado, células cerebrales) de una manera organizada y en el lugar correcto.
Podemos interferir con la programación del comportamiento celular. Por ejemplo, en el caso de la terapia génica, cuyo objetivo es reparar un gen "defectuoso" añadiendo a las células un pequeño fragmento adicional de ADN que codifica una forma de ese gen que funciona normalmente.
Pero hacer crecer un "mini-cerebro" a partir de tejido cortado de mi mano requiere algo más impresionante que simplemente "arreglar" algunas de las instrucciones genéticas de la célula. Este proceso comienza con un "reinicio" completo del programa de la celda, lo más probable es que se restablezcan todos los interruptores de encendido / apagado que definen el propósito específico de la celda. Resulta que esto solo se puede hacer con la ayuda de algunos factores de transcripción específicos. Ray y Lovejoy insertan genes que codifican y producen estos factores, pequeños fragmentos de ADN, en las células que me sacan de la mano, utilizando campos eléctricos débiles. Bajo su influencia, se forman agujeros en las membranas celulares durante algún tiempo a través de los cuales puede deslizarse ADN adicional.
Con la ayuda de estos "mensajes" bioquímicos enviados por Lovejoy y Ray a mis fibroblastos, estas células volvieron al estado de células madre, similares a las de un embrión temprano, capaces de transformarse en cualquier tipo de tejido. Se denominan células madre pluripotentes inducidas. Los científicos los han obtenido de células humanas desde 2007. Antes de eso, la mayoría de los expertos lo consideraban imposible.
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La persona que cambió de opinión sobre este problema fue el científico japonés Shinya Yamanaka. No trabajó en el campo de la biología celular, sino en la medicina clínica y, probablemente, por eso le resultó más fácil pensar en algo increíble y pensar en si es posible reprogramar células ya diferenciadas en células madre.
Ya en la década de 1960, los experimentos con ranas proporcionaron los primeros datos que indicaban que la fijación celular podría cancelarse. El biólogo británico John Gurdon tomó huevos de rana, les extrajo cromosomas e insertó cromosomas tomados de células de ranas adultas. Estos huevos, como resultó, podrían luego ser fertilizados y cultivados a partir de renacuajos y ranas. Los cromosomas, que en las células adultas estaban regulados (por todos estos químicos encendiéndose y apagándose) para realizar ciertas funciones, aparentemente rejuvenecieron dentro de los huevos, de modo que pudieran dirigir nuevamente el crecimiento de todo tipo de nuevos tejidos animales. Este método de transferencia de cromosomas de células adultas se utilizó en 1996 para clonar la oveja Dolly.
Dados los resultados previamente exitosos, Yamanaka comenzó a analizar los factores de transcripción que se producían en las células madre embrionarias. Quizás, en lugar de averiguar qué sucedió exactamente con los cromosomas de las células diferenciadas, capturar patrones específicos de su actividad genética y luego tratar de revertir todo esto, ¿es suficiente con agregar una nueva dosis de estos factores para "convencer" a las células de que son células madre? Esta hipótesis parecía especulativa, pero funcionó. Yamanaka descubrió que si se agregaban genes que codifican algunos de estos factores a las células humanas diferenciadas (al final, resultó que solo cuatro eran suficientes), estas células regresaban a un estado similar al de las células madre.
Gracias a este descubrimiento, fue posible crear tejidos y, posiblemente, órganos completos en el laboratorio. Si cultivamos tejidos u órganos a partir de las propias células del receptor (por ejemplo, de fibroblastos en una muestra de tejido tomada de mi mano), entonces no surgirán problemas debido al rechazo del trasplante del donante por parte del sistema inmunológico. Además, sería posible probar la toxicidad de los medicamentos en tejidos humanos cultivados artificialmente, sin realizar pruebas en animales. El hecho es que las pruebas con animales no solo dan resultados ambiguos, sino que tampoco siempre pueden aplicarse, ya que otros organismos vivos no siempre son adecuados para probar la respuesta de una persona.
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El potencial práctico de este descubrimiento fue enorme. Pero además de esto, Yamanaka descubrió una verdad más importante. Nuestros tejidos y cuerpos son más flexibles de lo que pensamos. Sus tejidos blandos y huesos se pueden transformar en otros tipos de tejido. El hueso se puede crear a partir de células mamarias y el cerebro a partir de células sanguíneas. De repente quedó claro que se cuestionaba la inmutabilidad total de las estructuras del cuerpo humano.
Sin embargo, tómate tu tiempo, algo aún más extraño te espera.
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Justo antes de Navidad, seis meses después del inicio de nuestro experimento, Ray y Lovejoy me mostraron células madre obtenidas de mis fibroblastos. Esas formaciones alargadas que vi antes han desaparecido. Ahora había grupos compactos de células más pequeñas en el plato de solución nutritiva. Usando marcadores moleculares que se unen a proteínas específicas y brillan en diferentes colores cuando la luz se dirige hacia ellas, los científicos pudieron demostrar que los genes de las células madre ahora están activados. Se completó la primera fase; el siguiente paso fue forzar a las células a convertirse en neuronas.
Por lo general, las células madre deben tener como objetivo transformarse en un tipo específico de tejido utilizando desencadenantes químicos, por ejemplo, agregando más factores de transcripción específicos para las células diana. Pero crear neuronas es relativamente fácil, ya que parecen ser la opción predeterminada: si las células madre en el laboratorio comienzan a diferenciarse espontáneamente, es muy probable que se conviertan en neuronas. De hecho, vi algunos signos de esto incluso en mi propia muestra de tejido. Aquí y allá, se podían ver células individuales separadas del grupo compacto. Noté que una de estas células solitarias comenzó a brotar: ramas largas y delgadas que tienen las células nerviosas y que generalmente terminan en sinapsis, donde estas neuronas se transmiten señales eléctricas entre sí.
Si estas células madre inducidas simplemente se convirtieran en grupos de neuronas idénticas, habría pocas razones para llamar a los tejidos resultantes "mini-cerebros". Nuestros cerebros no son así en absoluto. Son estructuras complejas que contienen varios tipos diferentes de neuronas que producen señales eléctricas. Otras células cerebrales no son neuronas, por ejemplo, las células gliales, que ayudan a estructurar el cerebro y realizan funciones de apoyo, protección, tróficas y otras. También hay células madre neurales, células madre parcialmente diferenciadas que se centran en la creación de diferentes tipos de células cerebrales que proporcionan al cerebro la capacidad de adaptarse a circunstancias cambiantes y, a veces, restaurar parcialmente funciones deterioradas.
Junto con la cuestión de la variedad de células en el tejido cerebral, surge la cuestión de cómo funcionan todas. El cerebro contiene varias estructuras y, sorprendentemente, el mini-cerebro replica algunas de ellas. Esta organización de los tejidos sugiere que las neuronas y otros tipos de células cerebrales "saben" cómo organizarse para formar el cerebro. A veces, esta alineación de células implica el movimiento real de la célula: las células se mueven entre sí para encontrar su lugar correcto, generalmente junto a otras células de su tipo. Pero tal "autoensamblaje" requiere puntos de referencia, y los órganos que se desarrollan en el embrión utilizan los tejidos circundantes como un sistema de puntos de referencia. Las células cerebrales, por ejemplo, necesitan tales señales para saber dónde debería "crecer" el tallo cerebral, o para distinguir el prosencéfalo de la parte posterior.
El mini-cerebro tiene cierta estructura, pero no adquiere la forma correcta. Por ejemplo, forma tubos medulares, pero si solo uno de ellos aparece y desciende por la columna en un cerebro embrionario real para crear un sistema nervioso central, el mini-cerebro forma varios tubos al azar, es como si buscara una columna que no existe.
Por esta razón, algunos científicos se oponen con razón a llamar a un organoide neural "mini-cerebro". Pero si los orgánulos no son cerebros en el verdadero sentido de la palabra, "hacen" todo lo que pueden para convertirse en ellos. Y es probable que los científicos involucrados en su creación creen estructuras que sean realmente más parecidas al cerebro una vez que encuentren formas de imitar algunas de las direcciones de "orientación" en una placa de Petri.
Mi mini-cerebro no tiene tal ventaja, será solo un bosquejo del cerebro. Pero, de una forma u otra, está vivo. Y las neuronas pueden comunicarse entre sí enviando señales eléctricas. Ray planea demostrar esto usando métodos especiales para detectar ráfagas de iones de calcio liberados en las uniones de las sinapsis, similares a las observadas en el tejido del cerebro real. Personalmente, no me importa que estos sean "pensamientos". Lo que me preocupa más es que todo lo que está sucediendo actualmente en mi cerebro (real) es el resultado (hasta donde sabemos) de tal proceso.
El crecimiento de orgánulos como los mini cerebros fuera del cuerpo es potencialmente solo el primer paso en la regeneración del cuerpo. La capacidad de hacer crecer tejido en el laboratorio parece útil e incluso vital: imagine un páncreas cultivado en un laboratorio a partir de células diabéticas, pero genéticamente "editado" y capaz de producir insulina. Pero los órganos completamente formados necesitan suministro de sangre y no sabemos cómo proporcionarlo en cultivo celular en el laboratorio. Y algunos tejidos cultivados en cultivos celulares, como el tejido cerebral o el músculo cardíaco, no pueden simplemente colocarse en su lugar, deben integrarse completamente en los sistemas celulares existentes. Y tampoco sabemos cómo hacer esto.
Es cierto que ahora los científicos están estudiando la posibilidad de desarrollar nuevos tejidos directamente dentro del cuerpo. Para hacer esto, se podrían usar los mismos métodos que se usan para reprogramar las células para que regresen a un estado similar al estado de las células madre y luego dirigirlas para que adquieran nuevas características. Esta "reprogramación in vivo" ya se ha llevado a cabo en experimentos con ratones (las células del hígado se convierten, por ejemplo, en células pancreáticas o en fibroblastos cardíacos) en células marcapasos.
Pero el proceso de dos pasos de convertir una célula ordinaria en una célula madre y luego en un tipo diferente de célula, propuesto por Ray y Lovejoy, está plagado de riesgos si lo haces directamente en el cuerpo. Las células madre, que son capaces de convertirse en varios tejidos, pueden ser propensas a convertirse en células cancerosas. Pero, sorprendentemente, los científicos encontraron que con la combinación correcta de factores de transcripción y señales moleculares, podían "omitir" la etapa de células madre, es decir, la etapa de pluripotencia, y cambiar un tipo de célula madura directamente a otro. Digamos que crea neuronas directamente a partir de células sanguíneas. En lugar de retrasar el desarrollo de las células y luego reiniciar su desarrollo en una dirección diferente, simplemente saltas hacia un lado y cambias a otro tipo de tejido. La experimentación con animales es alentadoray ahora se está considerando la cuestión de realizar ensayos clínicos en humanos para la regeneración del músculo cardíaco dañado.
Las posibilidades de este tipo de reprogramación de células dentro del cuerpo son asombrosas. Nuestro cuerpo algún día adquirirá la capacidad de regenerarse, como esas salamandras que restauran sus extremidades perdidas. Las áreas del cerebro dañadas por un trauma o una enfermedad, como el Alzheimer, se pueden reparar seleccionando células cerebrales no neuronales (como las células gliales) y convirtiéndolas en neuronas funcionales. Y dado que estas células se crean en el lugar de su localización original, al menos es posible que se integren mejor en el sistema celular circundante. En cualquier caso, esto sucede cuando se reprograma el músculo cardíaco: se contrae en sincronía con el resto del corazón.
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Además de las posibles aplicaciones en medicina, estos descubrimientos sugieren la necesidad de reconsiderar su comprensión de un organismo vivo. Si el hígado puede convertirse en un músculo, la sangre puede convertirse en un cerebro y la piel puede convertirse en tejido óseo, ¿cómo deberíamos pensar entonces en nuestra vida mortal y en nuestra partida a otro mundo? Por supuesto, las heridas pueden curar, el cabello puede volver a crecer, pero ya hemos llegado a creer que tenemos un solo cuerpo. Pero cuando las células se vuelven completamente universales y pueden adaptarse, ya no está del todo claro si este es realmente el caso.
Entonces, ¿cuál es la esencia humana, el "yo" biológico? Claramente, esto no es lo que las compañías de pruebas genéticas como 23andMe insisten en que "te hace quien eres", sino tu secuencia genética única. Te has convertido en quien eres solo por la forma en que esta secuencia genética en diferentes células fue limitada y activada selectivamente: el proceso de revelar, interpretar y modificar la información genética. Tenga en cuenta que su genoma carece de la información que lo define por completo, con todos sus billones de conexiones neuronales únicas, formadas por circunstancias y experiencias imprevistas a medida que se desarrolla y crece.
¿Realmente tengo ahora múltiples "cerebros" o al menos "estructuras similares a cerebros"? Todavía no sé cómo relacionarme con esto. Creo que podría, en principio, tener un corazón o un hígado "de repuesto" creado de esta manera. Pero, en mi opinión, el cerebro está demasiado atado a la experiencia, la memoria, las emociones y el carácter como para considerar cualquier otro órgano que no sea el mío como contenedor de mi "yo". La idea de un "segundo cerebro" (incluso si no se tiene en cuenta la naturaleza extremadamente "anormal" de mi mini-cerebro) no es muy clara y no tiene mucho sentido.
Creo que esto es un alivio. Después de todo, una vez que estos orgánulos hayan cumplido su papel en la investigación de Ray, serán desechados. Y no creo que sienta que alguna parte de mi "yo" desaparecerá con ellos. Sin embargo, sigue siendo extraño y perturbador observar en qué parte de mí, elegida al azar, puede convertirse en los laboratorios del centro de Londres. Es difícil para mí no llegar a la conclusión de que existe una especie de "meta-yo", es decir, todos los tejidos que podrían crearse a partir de este primer óvulo fecundado, que revivió en el útero en octubre de 1962 (en mi caso). … Soy solo una de las encarnaciones de este "meta-yo". Mis límites de personalidad parecen estar un poco más borrosos que entonces.
Pero, ¿qué pasa si el proceso de hacer crecer un mini-cerebro se vuelve aún más perfecto antes de que podamos proporcionarle el suministro de sangre y las coordenadas para organizarlo adecuadamente en un todo coherente, antes de que podamos crear algo muy similar a un cerebro en toda regla? En este momento, esto es puramente (perdón) un experimento mental: simplemente no tenemos la oportunidad, y mucho menos la motivación o la justificación moral. Pero ciertamente es posible. ¿Qué estatus moral y ontológico tendría un cerebro en una placa de Petri? Si la persona cuyas células se utilizaron para crearlo muriera después de eso, ¿"seguiría viviendo" en la placa de Petri? ¿Deberíamos en algún momento hacernos la pregunta: quién está ahí?
Philip Ball
