Hablemos de quimeras

Por Lluis Montoliu, el 9 septiembre, 2019. Categoría(s): edición genética • pigmentación • quimeras • transgénesis ✎ 5
Quimera de Arezzo, escultura de bronce del arte etrusco. Fuente: De I, Sailko, CC BY-SA 3.0. Wikipedia

Los animales quiméricos, las quimeras, han entrado con fuerza últimamente en biología, biomedicina y en los medios de comunicación. Hay investigadores que proponen usar quimeras para producir órganos humanos en el cuerpo de otros animales. Este ambicioso experimento no solo plantea problemas biológicos de difícil solución sino también dilemas éticos, que hay que tener en cuenta. ¿Pero sabemos qué son las quimeras? Hablemos de quimeras.

Una quimera es algo imposible, algo irreal, en lenguaje coloquial. La segunda acepción de la palabra quimera en el diccionario de la RAE indica que es “aquello que se propone a la imaginación como posible o verdadero, no siéndolo”. La primera acepción del término, que también recoge el diccionario de la RAE, se refiere a “en la mitología clásica, monstruo imaginario que vomitaba llamas y tenía cabeza de león, vientre de cabra y cola de dragón”. En efecto, en la mitología griega la “Quimera” era un monstruo híbrido, mezcla de varios animales, frecuentemente representado por un león, con dos cabezas adicionales, una saliendo del tronco (una cabeza de cabra o macho cabrío) y otra saliendo de la cola, convertida en cabeza de dragón o serpiente. Y, a veces, con alas de águila saliendo por los costados. Probablemente la escultura que mejor refleja este animal mitológico sea la llamada Quimera de Arezzo, una de las esculturas en bronce más conocidas del arte etrusco. Quimera era, según la mitología, hija de Tifón y Equidna, tres criaturas mitológicas que quizás se conviertan en personajes de los nuevos capítulos del segundo volumen del estupendo libro de Daniel Torregrosa “Del mito al laboratorio” (Ediciones Cálamo, 2018).

Leones con torso de mujer (esfinges, quimeras). Jardines del Palacio de Schwetzingen (Baden-Württemberg, Alemania. Fotografía: Lluís Montoliu

Existen otro tipo de quimeras que son relativamente frecuentes en la historia del arte, fundamentalmente en esculturas. Son las esfinges, también animales fantásticos de la mitología griega, demonios con cuerpo de león, torso de mujer y, a veces, alas de águila. Solo hace falta recordar la monumental Gran Esfinge de Giza (Egipto), erigida en el siglo XXVI a.C., que representa la cabeza de un faraón y el cuerpo de un león. Pero encontramos ejemplos mucho más recientes en jardines reales e imperiales por toda Europa. Como las esfinges, las esculturas de leones con torso de mujer que pueden contemplarse en los jardines del Palacio Real de la Granja de San Ildefonso (Segovia). O como las esfinges que me encontré este verano por sorpresa visitando los jardines del Palacio de Schwetzingen, cerca de la ciudad de Heidelberg, en la región alemana de Baden-Württemberg, custodiando el Templo de Apolo, y que me dieron la idea de este artículo. Estas son también quimeras, animales mezclados. Criaturas imposibles en las que coexisten distintos seres vivos en un mismo animal, como por ejemplo un león y una mujer, con cada una de las partes nítidamente definidas, con un cuerpo de león y un torso de mujer perfectamente delimitados y fusionados en un solo ser.

Quimera de ratón, o ratón quimérico, producto de la introducción de células embrionarias troncales pluripotentes (células madre) de una cepa pigmentada de ratón en un embrión en desarrollo (blastocisto) albino. Las células de cada uno de los dos tipos de ratón se entremezclan y colonizan el cuerpo y dan lugar a este animal único, jaspeado, a esta quimera. Fotografía: Larry Johnson, ISTT.

En biología también usamos el término quimera, para referirnos a aquellos animales que hemos generado mezclando células embrionarias de dos individuos distintos, en general de la misma especie, aunque también pueden ser de especies distintas. Las quimeras de ratón han sido esenciales para las técnicas de generación de ratones mutantes, establecidas en 1987 por Mario Capecchi, Martin Evans y Oliver Smithies, queienes recibieron el Premio Nobel en 2007 “por sus descubrimientos de los principios para introducir modificaciones genéticas específicas en ratones usando las células embrionales troncales” (células ES, del inglés, Embryonic Stem cells). En biología las cosas son un poco más complicadas que en la mitología. En la fantástica fotografía de una quimera de ratón que acompaña este artículo podéis ver el aspecto de un ratón nacido tras mezclar células embrionarias derivadas de ratones pigmentados y ratones albinos. En el embrión resultante, cada grupo de células da lugar a partes distintas del cuerpo, con pigmentación diferente, tal y como puede comprobarse con la pigmentación jaspeada y la presencia de un ojo pigmentado (derivado de las células embrionarias pigmentadas) y del otro ojo albino (derivado de las células embrionarias albinas). Debido a su aspecto estas quimeras de ratón también suelen denominarse mosaicos. Aunque el uso de la palabra mosaico suele restringirse a organismos transgénicos, a la presencia de genotipos o modificaciones genéticas diferentes en un mismo individuo, o a la coexistencia de células genéticamente modificadas y sin modificar en un mismo organismo. Fijaros que el quimerismo biológico es mucho menos preciso que el quimerismo escultórico. No nacen ratones que tengan la mitad del cuerpo negro y la otra mitad blanca, nítidamente definidas y separadas, como las esfinges. La biología siempre es más compleja que la imaginación de los artistas escultores.

Quimeras de ratón obtenidas mezclando células embrionales de ratones genéticamente distintos, con pigmentación diferente. Esquema: Lluís Montoliu

Las quimeras en ratones se usan para reconstruir animales a partir de las células troncales embrionarias pluripotentes (las células madre embrionarias) que pueden mantenerse en cultivo y usarse para inactivar algún gen, específicamente. Estas células genéticamente modificadas pueden inyectarse dentro de otro embrión de ratón en desarrollo (en fase de blastocisto) y esperar que las células inyectadas colonizen el embrión quimérico resultante. Se usa la pigmentación como un marcador para saber el éxito de la reconstrucción. Por ejemplo, si el embrión receptor es albino y las células modificadas genéticamente que se inyectan derivan de un ratón pigmentado, entonces todas las partes del cuerpo que aparezcan pigmentadas derivaran de estas últimas. Un ratón quimérico con muchas partes pigmentadas tendrá grandes posibilidades que las células embrionarias inyectadas hayan llegado también a las gónadas, y así, cuando pueda ponerse a cruzar ese animal logre transferir la modificación genética que se estableció en el laboratorio a la descendencia, generando animales portadores de la mutación diseñada.

Las quimeras interespecíficas, con células embrionarias de distintas especies, son lógicamente mucho más difíciles de producir. Han sido un reto apasionante para muchos biólogos desde hace años. Grandes biólogos del desarrollo, como la investigadora francesa Nicole Le Douarin o el investigador británico Richard Gardner, mezclaron células embrionarias de distintas especies para resolver preguntas básicas del desarrollo inicial de los animales que investigaban. Nicole Le Douarin mezcló en 1975 células de embriones de pollo y de codorniz para investigar los eventos iniciales en el desarrollo y diferenciación celular de un vertebrado. Richard Gardner, también en 1975, mezcló células de embriones de ratón y de rata para estudiar las primeras fases del desarrollo preimplantacional de un embrión de mamífero. En ambos casos, los investigadores usaban células de distintas especies como marcadores, para poderles seguir la pista una vez se entremezclaban formando el embrión quimérico resultante, que nunca progresaba hasta llegar a término. En 1984 se hicieron estudios mezclando células embrionarias de oveja y de cabra. Tras estos estudios pioneros siguieron muchos intentos, in vitro, en el laboratorio, mezclando embriones de muchas especies, más o menos relacionadas, generalmente con un éxito limitado.

Quimeras intraespecíficas (en ratón, arriba) e interespecíficas (entre rata y ratón, central y abajo). Figura resumen del artículo Kobayashi et al. Cell (2010).

El primer gran éxito en el campo de las quimeras interespecíficas lo obtuvo el laboratorio de Hiromitsu Nakauchi, de la Universidad del Tsukuba (Japón) con su artículo publicado en la revista científica Cell en 2010. En ese artículo seminal demostraba tres tipos de experimentos, representados en la figura adjunta: (1) Era capaz de generar quimeras intraespecíficas de ratón mezclando células embrionarias de ratones deficientes en el gen Pdx1 (mutantes para esta función, necesaria para desarrollar el páncreas) con células embrionarias de ratones silvestres, y estos últimos se encargaban de desarrollar el páncreas que los primeros eran incapaces de producir; (2) mezclaron células embrionarias de rata y de ratón, usando como embrión receptor (como blastocisto) ambas especies, y en los dos casos obtuvieron animales viable, es decir, ratas quiméricas con células de ratón, y ratones quiméricos con células de rata; (3) finalmente, el experimento que les catapultó a la fama fue el uso de embriones deficientes en Pdx1 que fueron inyectados con células embrionarias de rata silvestres, y estas últimas (de rata) pudieron ser capaces de sustentar el desarrollo de un páncreas de rata en un cuerpo de ratón.

Naturalmente el experimento del grupo de Nakauchi desató una carrera para repetirlo y para abordar propuestas todavía más ambiciosas. Si era posible que un ratón mutante para el gen Pdx1, incapaz de generar un páncreas, aceptara desarrollar este órgano de otra especie (un rata) dentro de su cuerpo, entonces ¿por qué no iba a ser posible que, por ejemplo, un cerdo mutante para el mismo gen, Pdx1, desarrollara un páncreas humano si se le inyectaban células embrionarias humanas al embrión de cerdo inicial en desarrollo? ¿Y si fuera posible con cerdos, por qué no intentarlo con especies más próximas a nosotros? ¿por qué no intentarlo con primates no humanos? ¿Ciencia ficción?

Los primeros intentos con células embrionarias de primates no humanos dentro de embriones de ratón en desarrollo no fueron demasiado exitosos. Los embriones quiméricos progresaban unas cuantas divisiones pero no se implantaban ni continuaban su desarrollo normal uterino. Muchos laboratorios intentaron, infructuosamente, reproducir los resultados del grupo de Nakauchi, unos experimentos técnicamente muy avanzados y complicados de replicar. Este mismo laboratorio demostró en 2015 que los embriones quiméricos resultantes de embriones de ratón inyectados con células embrionarias humanas pluripotentes no lograban colonizar al embrión de ratón resultante.

Quimeras interespecíficas (rata/ratón, rata/cerdo y cerdo/humanas). Figura resumen del trabajo publicado por Wu et al. Cell (2017).

El siguiente experimento que conocimos, fruto de la colaboración entre diversos laboratorios, y coordinado por Juan Carlos Izpisúa-Belmonte, investigador español del Instituto Salk de La Jolla, San Diego (California, EEUU), aportó unos resultados preliminares, no del todo exitosos pero ciertamente sorprendentes, sobre la posibilidad de generar quimeras interespecíficas que involucraran células humanas. El estudio se publicó en la revista Cell en 2017. Tal y como se resume en la figura adjunta se abordaron esencialmente tres tipos de experimentos: (1) se reprodujo el experimento inicial de Nakauchi, siendo capaces estos autores también de generar ratones quiméricos con células de rata; (2) fueron incapaces que células embrionarias de rata colonizaran y se entremezclaran para formar quimeras interespecíficas con embriones de cerdo en desarrollo; y (3) lograron por vez primera que unas pocas células embrionarias humanas colonizaran algunos órganos de un embrión de cerdo en desarrollo.

Estos experimentos con quimeras entre cerdos y seres humanos plantean dilemas éticos importantes que no aparecen cuando se generan quimeras entre ratas y ratones. Si mezclamos células embrionarias humanas en un embrión de cerdo en desarrollo: (1) ¿Cómo llamamos al animal resultante?; (2) ¿Qué porcentaje de células humanas debe tener un animal para poder considerarlo ya humano?; (3) ¿Cuándo deja ese animal de ser un cerdo y empieza a ser un ser humano?; (4) ¿Es éticamente aceptable generar estos animales para una posible utilización en medicina regenerativa?; (5) ¿Está justificado el riesgo que se corre al crear estas quimeras entre humanos y cerdos con fines terapéuticos, médicos?

Evidentemente el equipo investigador también debió plantearse todos estos dilemas éticos, especialmente para poder obtener los permisos correspondientes de los Comités de Ética de Experimentación Animal, preceptivos para poder abordar estos experimentos, en condiciones muy limitadas. En particular los investigadores detuvieron la gestación de los pocos embriones de cerdo quiméricos con células humanas que obtuvieron a las 3-4 semanas de desarrollo fetal (el cerdo tiene una gestación normal de 3 meses, 3 semanas y 3 días), justo antes de que se empezará a desarrollar el sistema nervioso central, para impedir que ninguna célula humana lograra colonizar el cerebro del animal quimérico en desarrollo. El experimento generó polémica y controversia. Lejos de obtenerse un resultado parecido al que habían obtenido los investigadores japoneses en sus quimeras de rata/ratón, aquí no parecía posible que un solo órgano del cerdo pudiera obtenerse esencialmente a partir de células humanas. Apenas se consiguió visualizar unas pocas células humanas (una humana por cada cien mil de cerdo), distribuidas por diferentes partes del embrión de cerdo en desarrollo. De nuevo no se trataba de una quimera típica escultórica, de nuevo la biología nos volvía a recordar su complejidad.

Titular del artículo de Manuel Ansede para Materia-El País, en el que anuncia la creación de quimeras entre primates no humanos y humanos en China, llevadas a cabo por el equipo de Juan Carlos Izpisúa-Belmonte. El País, 31 de julio de 2019.

Lo último que sabemos del laboratorio de Izpisúa lo hemos conocido por la prensa, no a través de ninguna publicación científica. Un artículo de Manuel Ansede en Materia-El País anunciaba que este equipo estaba realizando experimentos de generación de quimeras entre embriones de primates no humanos, de monos, inyectados con células embrionarias humanas, con el mismo fin de medicina regenerativa, con el mismo objetivo terapéutico. Los experimentos aparentemente estaban teniendo lugar en China, gracias a una colaboración con la Universidad Católica de Murcia, entidad con la que habitualmente colabora Izpisúa. En todos los casos los experimentos son análogos: se inyectan células embrionarias humanas en embriones de mono deficientes en la formación de algún órgano con la intención de que las células humanas complementen esa deficiencia y generen el órgano que, de otra manera, no podría generarse. Aunque sus autores califican los experimentos en marcha como “prometedores” nada podemos comentar sobre ellos en ausencia de datos científicos o publicaciones que los avalen. Anteriores colaboradores del equipo de Izpisúa, como el biológo argentino Pablo Ross, que trabaja en la Universidad de California en Davis y colaboró en el estudio anterior de quimeras con cerdos, discrepan de la utilidad de crear quimeras entre monos y humanos, debido, entre otros motivos, al largo tiempo de generación que requieren estos experimentos, mucho más sofisticados en primates que en otros animales (en contraste con el relativo poco tiempo y facilidad de uso de los cerdos).

Coincido con otros investigadores (como Ángel Raya, Director del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona) que estos experimentos son interesantes desde la perspectiva de la biología del desarrollo, para aprender como se diferencian las células embrionarias para dar todos los múltiples tipos de células que conforman nuestros órganos. Pero que difícilmente van a dar como resultado unos animales quiméricos que vamos a poder usar como fábrica de órganos humanos de repuesto. Cada órgano humano está formado por muchos tipos célulares: células musculares, vasos sanguíneos, nervios, tejido conjuntivo, parenquima, etc… resulta en estos momentos muy complicado imaginar que todos y cada uno de estos tejidos derivarían de un solo origen embrionario (por ejemplo de las células embrionarias humanas). Lo más probable es que los órganos fueran tan quiméricos como el propio animal, con partes humanas y partes de la otra especie usada para crear la quimera. Y, claro, entonces esos órganos quiméricos no podrían usarse en trasplantes, dado que la parte no humana sería inmediatamente detectada como extraña por el sistema inmunológico del paciente trasplantado y el órgano sería rechazado fulminantemente.

Hasta el momento existe un consenso internacional que recomienda detener la gestación de todos estos embriones quiméricos de cualquier especie animal con células embrionarias humanas antes de que se desarrolle el sistema nervioso central, antes de que las células humanas puedan contribuir a generar el cerebro de la quimera, como una primera y mínima barrera de seguridad. Pero pronto estas barreras dejaran de existir. En Japón acaban de aprobar una legislación que permitirá que nazcan estas quimeras de animales con humanos. Serán las primeras quimeras que tendrán un porcentaje determinado, y probablemente variable, de células humanas en su cuerpo. Y de nuevo habrá que plantearse los dilemas éticos anteriormente mencionados. Y ahora añadiremos algunos nuevos, dado que será posible, al menos en teoría, que las células humanas colonizen, en parte, el cerebro del animal. Si esto es así: ¿tendrán conciencia humana estas quimeras? ¿Qué derechos tendrán estas quimeras? ¿Los de cualquier animal o deberemos concederles también derechos como seres humanos, aunque sea parcialmente? También sería posible, en teoría, que estas células humanas colonizaran el sistema reproductor del animal quimérico. Entonces esa quimera sería capaz de generar esperma u óvulos humanos, lo cual abriría otros dilemas en relación al posible uso de esos gametos y a su consideración como material biológico animal o humano. Estas cuestiones pueden parecer ridículas y hasta demasiado aventuradas pero creo sinceramente que deberemos afrontar un debate ético que permita evaluar y gestionar adecuadamente estos experimentos y sus previsibles consecuencias, antes de realizarlos.

Y esto ya no es ciencia ficción. Es ciencia fascinante y preocupante por igual.



5 Comentarios

  1. Muy completo y claro el artículo, aunque yo no veo ningún problema ético en estas quimeras.

    Una corrección. Dices:

    “células embrionarias de ratones silvestres”
    “células embrionarias de rata silvestres”

    Las plantas son silvestres, los animales son salvajes.

    1. Hola Antonio, gracias por tu mensaje. Pero discrepo cordialmente de tu corrección. La traducción de “wild-type” en inglés al español es un tema muy discutido. Tras muchos años de usar “salvaje”, como recomiendas, he optado por usar “silvestre” para expresar los individuos no modificados genéticamente. Silvestre también está aceptado y no posee la connotación negativa del primer adjetivo, que no tiene en inglés. La asociación de “silvestre” con plantas y de “salvaje” con animales no está establecida. De hecho, habitualmente, en el laboratorio nos referimos a estos animales como wild-type, usando la denominación británica, probablemente porque no nos convence del todo ninguna de las dos acepciones en español. Seguiré meditando sobre ello.

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