Científicos crean vasos sanguíneos humanos funcionales en tan solo 5 días usando células madre

Los vasos sanguíneos son indispensables para prácticamente todos los tejidos; sin embargo, recrear redes vasculares funcionales a partir de células madre humanas ha sido un proceso lento, técnicamente exigente y difícil de controlar. Los protocolos existentes para organoides vasculares suelen requerir tres semanas o más, dependen de la aparición espontánea de células murales y exigen la incorporación en matriz extracelular desde el principio, lo que limita su escalabilidad y su traducción terapéutica.

El equipo de investigación desarrolló dos líneas de iPSC distintas, cada una con una copia inducible por doxiciclina de ETV2 (un determinante del destino endotelial) o NKX3.1 (un determinante del destino de las células murales). Las células de ambas líneas se orientaron primero hacia el mesodermo durante dos días, luego se combinaron en proporción 1:1 y se agregaron en un agitador orbital. Tres días de exposición a doxiciclina activaron simultáneamente ambos factores de transcripción, produciendo miles de organoides vasculares de tamaño uniforme (~250 μm de diámetro) en tan solo cinco días. Aproximadamente el 50% de las células se convirtieron en células endoteliales CD31+/VE-Cadherina+, mientras que el resto adoptó identidades murales con expresión de α-SMA y MYH11. De manera relevante, no se requirió ninguna ECM exógena durante esta fase inicial.

La secuenciación de RNA en masa y la qPCR confirmaron que la codiferenciación tridimensional mejoró la maduración en comparación con los protocolos estándar en monocapa 2D: las células endoteliales regularon positivamente CDH5, VWF, ERG, TEK y KLF2, mientras que las células murales mostraron mayor expresión de los marcadores contráctiles ACTA2, TAGLN y MYH11, así como de componentes de la señalización TGF-β/BMP. Cuando los organoides vasculares se incorporaron posteriormente en hidrogeles de colágeno/Matrigel durante cinco días adicionales, las redes vasculares se expandieron de forma notable —alcanzando ~1.000 μm de diámetro— con lúmenes bien definidos, depósito de membrana basal y un desplazamiento arterial en la expresión génica endotelial. Esta maduración fue atribuible a la exposición a la ECM en sí misma, y no simplemente al tiempo de cultivo prolongado.

Para eliminar las preocupaciones sobre la integración genómica, los autores también demostraron la generación exitosa de organoides vasculares mediante la entrega de mRNA modificado (modRNA) de ETV2 y NKX3.1, una alternativa sin huella genética compatible con la traducción clínica. La secuenciación de RNA a nivel de célula única de los organoides vasculares maduros reveló diversas subpoblaciones vasculares, entre ellas subtipos endoteliales arteriales, venosos, de células en punta y en proliferación, junto con células de músculo liso y pericitos, lo que recapitula la heterogeneidad vascular in vivo. La modulación temporal de la expresión de los factores de transcripción permitió ajustar los fenotipos endoteliales arteriales frente a los angiogénicos.

El trasplante in vivo en ratones NSG inmunodeficientes confirmó la integración funcional: los organoides vasculares implantados bajo la cápsula renal formaron vasos humanos perfundidos anastomosados con la circulación del ratón en 14 días. En modelos de isquemia de miembro posterior, el trasplante de organoides vasculares mejoró significativamente la recuperación del flujo sanguíneo. En un modelo de cotrasplante con islotes pancreáticos, los organoides vasculares mejoraron el injerto y la función de los islotes, lo que subraya su versatilidad terapéutica. En conjunto, esta plataforma ofrece un enfoque rápido, escalable y controlable para la producción de organoides vasculares, con un sólido potencial para la medicina regenerativa, el modelado de enfermedades y la ingeniería de órganos.