-
La investigadora del CSIC Cinta Porte desenvolupa models cel·lulars tridimensionals com a alternativa a l’ús d’animals en assajos de toxicitat ambiental
-
L’objectiu és avançar cap a una experimentació basada íntegrament en models in vitro”
Cinta Porte, investigadora de l’Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis de l’Aigua. | IDAEA-CSIC
Des de fa dècades, la recerca biomèdica busca mètodes més ètics que redueixin l’ús d’animals de laboratori. En aquesta línia, la científica de l’Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis de l’Aigua (IDAEA-CSIC), especialitzada en ecotoxicologia i contaminació ambiental, desenvolupa esferoides hepàtics de peix zebra que poden utilitzar-se per estudiar els efectes de contaminants emergents, així com de micro i nanoplàstics, a escala cel·lular. Es tracta de cultius cel·lulars tridimensionals (3D) de cèl·lules del fetge de peix zebra, un model animal molt utilitzat en biomedicina, creats per simular l’estructura i la funció d’un òrgan real en un entorn de laboratori.
El seu objectiu: disposar d’eines in vitro més fiables i robustes que permetin avaluar l’impacte dels contaminants ambientals en la salut sense recórrer a l’experimentació animal.
Pregunta. Per què heu triat treballar amb aquests models 3D de fetge i quins avantatges ofereixen?
Resposta. El fetge és l’òrgan metabòlic per excel·lència i, per tant, és clau per estudiar l’efecte dels contaminants en l’organisme. Alguns contaminants arriben al fetge i s’hi metabolitzen donant lloc a compostos menys tòxics que després s’excreten. Però n’hi ha d’altres que, en metabolitzar-se al fetge, generen compostos més tòxics que la substància inicial, fet que converteix aquest òrgan en especialment interessant per a l’estudi. Al nostre laboratori utilitzem esferoides, que bàsicament són un conjunt de cèl·lules en tres dimensions. Aquest model 3D és més realista per als estudis de toxicitat perquè les cèl·lules de fora estan més exposades al compost que volem analitzar que les de l’interior. A més, les cèl·lules tenen una major comunicació entre elles i són més actives metabòlicament, cosa que fa que aquests models s’assemblin més a la situació fisiològica d’un organisme real.
P. Com es reprodueix un òrgan tan complex com el fetge al laboratori?
R. En realitat, nosaltres no estem reproduint el fetge com a tal, sinó fent créixer en tres dimensions un tipus de cèl·lules hepàtiques. Ara mateix estem en el primer nivell, treballant amb un sol tipus cel·lular. Altres laboratoris sí que intenten reproduir el fetge mitjançant cèl·lules pluripotencials que donen lloc a diferents tipus cel·lulars i, per tant, a un model més fidel de l’òrgan. Però aquests models només s’estan desenvolupant per a estudis humans i encara s’han d’incorporar al camp de la toxicologia ambiental.
Per desenvolupar els esferoides 3D, sembrem les cèl·lules hepàtiques en unes plaques especials que impedeixen que s’adhereixin al fons. En un procés de 2–3 dies, les cèl·lules es reorganitzen de manera natural fins a formar una esfera. Un cop formats, els esferoides poden mantenir-se entre 20 i 30 dies, cosa que permet fer experiments crònics (dosis baixes del tòxic durant períodes prolongats).
Tots els esferoides tenen el mateix nombre de cèl·lules. Si generem esferoides massa grans, les cèl·lules de l’interior no reben oxigen ni nutrients i es forma una zona necròtica. En aquest cas, els esferoides són útils en recerca sobre càncer, ja que en un tumor normalment hi ha una zona necròtica central on pràcticament no arriba l’oxigen. Però en toxicologia ambiental, el que ens interessa és tenir un esferoide amb totes les cèl·lules vives i sanes. Per això fem experiments d’optimització que ens indiquen el nombre òptim de cèl·lules per obtenir un esferoide amb totes les cèl·lules viables.
Esferoide de cèl·lules hepàtiques que mostra les cèl·lules viables (verd) i no viables (vermell). | Cinta Porte (IDAEA-CSIC)
P. El vostre treball se centra en el perfil lipídic. Què ens poden explicar els lípids sobre els efectes dels contaminants ambientals?
R. Els lípids tenen un paper essencial a les cèl·lules. Per exemple, formen part de les membranes cel·lulars, serveixen per emmagatzemar energia i, en ocasions, secuestren compostos lipòfils, evitant que interactuïn amb altres molècules o estructures vitals. També actuen com a molècules de senyalització o en processos d’inflamació. Per tant, si detectem canvis en el perfil lipídic (les concentracions de diferents tipus de lípids a les cèl·lules), aquests canvis sovint comporten modificacions molt significatives en el funcionament cel·lular. Ara mateix estem treballant amb micro i nanoplàstics, i ens interessa comprovar si l’exposició a aquestes partícules altera l’estructura i la funció cel·lular.
P. Què ens pots dir sobre l’impacte dels micro i nanoplàstics a nivell cel·lular?
R. Hi ha una gran evidència científica que demostra que els nanoplàstics indueixen canvis en els lípids de les membranes cel·lulars i que, a dosis elevades, poden induir l’acumulació de triglicèrids a l’interior de la cèl·lula. Actualment, pel que fa a la salut humana, es descriuen casos d’esteatosi hepàtica i altres problemes del fetge. La qüestió ara és determinar fins a quin punt aquests problemes provenen —i fins a quin grau— de causes ambientals com la contaminació per plàstics.
P. Quins avantatges tenen aquests models in vitro en comparació amb l’ús d’animals d’experimentació? Podrem fer ciència només amb models in vitro?
R. Hem de desenvolupar els models in vitro al màxim nivell per avaluar la toxicitat dels contaminants d’una manera més ètica. L’objectiu és avançar cap a una experimentació basada íntegrament en models in vitro. Perquè un contaminant tingui un efecte, la primera interacció amb l’organisme és a nivell cel·lular. I aquesta primera interacció genera uns resultats. Si fóssim capaces de detectar aquestes conseqüències al laboratori només amb models in vitro, i associar-les, gràcies als estudis ja existents, amb canvis fisiològics o metabòlics a nivell d’organisme, disposaríem d’una eina molt potent.
Primer observaríem els efectes a nivell cel·lular i/o metabòlic i després podríem extrapolar-los a l’organisme sencer, reduint així de manera significativa l’ús d’animals de laboratori. Ja tenim molt coneixement sobre els efectes dels tòxics en animals d’experimentació. Ara s’està investigant molt amb models in vitro i es desenvolupen enfocaments més fidels a la realitat. Per tant, hem d’integrar tots aquests nivells de coneixement —cel·lular, alteracions en organismes d’experimentació i salut humana— per extreure’n relacions causals i, si no hi ha evidència, dissenyar nous experiments que facilitin aquesta connexió.
P. La crítica més gran als models in vitro com a única via d’experimentació és que el que passa a nivell cel·lular no té per què ser igual a nivell de tot l’organisme. Com ho abordeu?
R. És cert que per a molts contaminants l’extrapolació entre els efectes cel·lulars i els fisiològics o a escala d’organisme és més complexa. Però hi ha molts compostos tòxics per als quals podem predir amb força exactitud quins efectes tindran a major escala analitzant els efectes cel·lulars. És evident que si un compost no provoca efectes a nivell cel·lular, tampoc no els provocarà a nivell d’organisme. Els models in vitro tenen un valor incalculable com a eina de cribratge i actualment estan infrautilitzats.
P. Es podrien aplicar ja els esferoides en estudis de toxicologia ambiental?
R. En general, cal harmonitzar els mètodes entre diferents laboratoris. A més, és necessari adaptar molts dels mètodes clàssics utilitzats en models 2D als models 3D, com els esferoides. En 2D hi ha moltes tècniques senzilles ja establertes (fluorescència, absorbància, etc.) que permeten detectar efectes de contaminants en proteïnes, enzims, lípids, ADN o ARN, però aquestes tècniques s’han d’adaptar als models 3D, on es treballa amb moltes menys cèl·lules. Per aquest motiu, encara hi ha poques metodologies validades per a estudis de toxicologia en 3D, i sovint depenem d’observacions al microscopi i tincions per visualitzar els efectes, però necessitem més eines.
D’altra banda, els esferoides finals que hem desenvolupat tenen unes 2.000 cèl·lules. Poden semblar moltes, però són poques per a determinats anàlisis, com els de lipidòmica (estudi del perfil de lípids d’una cèl·lula), que requereixen almenys un milió de cèl·lules per obtenir resultats estadísticament fiables. Per tant, hem de produir un gran nombre d’esferoides per poder realitzar aquests estudis. Aquesta és una de les limitacions actuals del mètode i un repte que hem de superar perquè sigui viable a curt i mitjà termini.
Versió en PDF de l’entrevista (Castellà)
Alicia S. Arroyo | IDAEA-CSIC Comunicació
Més notícies
