Biotecnología mamaria: Leche materna humana producida in vitro

Figura 1. Louis Brown.

El próximo 25 de julio Louise Brown (Fig. 1), la primera bebé probeta nacida en todo el mundo, concebida por fecundación in vitro (o fertilización in vitro, FIV) el 25 de julio de 1978 en Royton, Inglaterra cumplirá 45 años de edad (Fig. 2). Su nacimiento representó un hito en la historia de la humanidad y una nueva oportunidad para que millones de personas en todo el mundo pudieran cumplir su sueño de convertirse en padres. Debido a este éxito, en 2010 Robert Edwards recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por el desarrollo de la fertilización in vitro (FIV) acoplada con la transferencia de embriones (FIV/TE). Ahora, más de 4 millones de bebés en el mundo han nacido empleando FIV/TE y se ha creado una alta especialidad médica denominada Biología de la Reproducción, que se encarga de la fertilización asistida.

Figura 2. Louis Brown  a sus 44 años de edad.

Lactancia materna

Independientemente si un bebe es concebido de manera natural o  si la concepción es asistida por un procedimiento de FIV, el recién nacido debe de recibir leche materna como parte fundamental de su alimentación. Sin embargo, a pesar que la lactancia materna es la alimentación ideal para los recién nacidos, en ocasiones, es difícil de establecer y se tiene que recurrir a otras opciones como la leche procedente de bancos de leche o la leche artificial de fórmula,  siendo la más beneficiosa de ambas la primera. Con la leche de los bancos de leche (donada) se consigue reducir el desarrollo de enterocolitis necrotizante, que es una patología asociada a la prematuridad. Con la leche de fórmula se conseguirá un crecimiento y ganancia de peso más rápida a corto plazo, pero aumenta el riesgo de desarrollo de infecciones, además, puede contribuir al desarrollo de enfermedades cardiometabólicas a largo plazo.

La evidencia científica acumulada a lo largo del siglo XXI, sobre la importancia de la leche materna para la salud y la supervivencia de bebés ingresados en unidades neonatales, indica que ésta es muy superior a cualquier fórmula infantil específica. Además, el aumento continuo de las tasas de inicio y prevalencia de la lactancia materna a nivel social, junto con la implementación de nuevos modelos sanitarios de atención neonatal, han contribuido a este cambio de tendencia sobre la demanda de leche materna (Figura 3).

Figura 3A, B, C. Lactancia materna.

Bancos de leche materna

Los Bancos de Leche Humana son centros especializados para el procesamiento, almacenaje y distribución de la leche materna. Su finalidad es establecer una reserva de leche materna pasteurizada para asegurar el derecho de los recién nacidos a una alimentación segura y oportuna. Es una estrategia para mejorar la salud de los recién nacidos proporcionándoles una alimentación adecuada, completa y natural. La leche materna promueve el desarrollo sensorial y cognitivo, además protege al bebé de enfermedades infecciosas y crónicas. La lactancia natural exclusiva reduce la mortalidad infantil por enfermedades de la infancia, como la diarrea o la neumonía, y favorece un pronto restablecimiento en caso de enfermedad. La lactancia materna reduce la mortalidad infantil y tiene beneficios sanitarios que llegan hasta la edad adulta.

En virtud de lo anterior, es oportuno mencionar que un Banco de Leche Materna sólo tiene sentido si se enmarca en una sociedad que apoya y promociona la lactancia materna. La propia existencia de los Bancos de Leche Materna, con todo el dispositivo técnico que suponen con el único objetivo de preservar y dispensar leche materna, aumenta y destaca el valor de la lactancia materna desde el punto de vista social. Sin embargo, para poder disponer de gran cantidad de madres donantes tiene que promocionarse la lactancia materna y crear un núcleo bien arraigado y comprometido de madres que lactan a sus hijos. Pueden resolver, de manera transitoria, los problemas de alimentación del recién nacido, en especial de bebés prematuros, hasta que su madre le pueda dar el pecho después del parto o extraerse suficiente cantidad de leche. 

Figura 4. Bancos de leche materna

Leche artificial (fórmula infantil)

A partir de los años setenta, con el conocimiento de la composición básica de la leche materna, y debido a la aparición de síndromes carenciales en niños alimentados con las leches de vaca acidificadas, se inició la escalada de fórmulas infantiles dirigidas a cubrir las necesidades nutricionales del lactante imitando al máximo la leche humana, siendo ésta, el patrón de oro de las fórmulas infantiles hasta la actualidad.

Sin embargo, además de cumplir con los requisitos nutricionales, la leche materna también sirve como una fuente instantánea de factores de protección y desarrollo del sistema inmunológico vital para la protección del bebe. Estos factores son las inmunoglobulinas maternas, los péptidos bioactivos, las hormonas, los factores de crecimiento y los oligosacáridos de la leche humana (HMO), que son prebióticos que fomentan la colonización de bacterias probióticas, beneficiosas en el intestino (Singh et al. 2021).  La alternativa biotecnológica para suplementar una fórmula infantil con todas estas sustancias contenidas en la leche materna, ha sido la producción de dichas moléculas en microorganismos modificados genéticamente, para posteriormente aislarlas y mezclarlas con la formula infantil a base de leche de vaca.  Una desventaja de esta aproximación es que es necesario producir cada una de las sustancias de la leche por separado previo a la mezcla.

BIOMILQ: Leche materna humana producida por cultivo de células mamarias in vitro Según la Dra. Jennifer Smilowitz, investigadora de leche humana de UC Davis y asesora técnica de BIOMILQ ratifica que "la leche humana es tremendamente compleja tanto en composición como en estructura, lo que hacía que hasta ahora fuera imposible replicarla fuera de la madre lactante". También la Dra. Smilowitz  tenía la hipótesis de que “la leche materna es más que la suma de sus partes, ya que funcionan juntas como un sistema dinámico”. Luego entonces, teniendo en consideración que la leche humana es un sistema biológico complejo y debe traerse al mundo como un producto de leche entera que mantiene la integridad de su increíble origen evolutivo, se produce BIOMILQ que tiene perfiles de macronutrientes que coinciden muy estrechamente con los tipos y proporciones esperados de proteínas, carbohidratos complejos, ácidos grasos y otros lípidos bioactivos que se sabe que son abundantes en la leche materna. “BIOMILQ ha demostrado que puede crear un producto que contiene un conjunto completo de proteínas de la leche humana que no solo funcionan para nutrir sino también para proteger a los bebés". A diferencia de la fórmula infantil a base de leche de vaca, BIOMILQ también contiene ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) que se sabe que tienen cualidades anti-inflamatorias que promueven y mantienen un desarrollo saludable. El sistema de lactancia patentado, el cultivo de células mamarias in vitro, está produciendo numerosos oligosacáridos de la leche humana (HMO), incluidos los inexplorados, como uno que se descubrió recientemente que se correlaciona con la adquisición del habla.

No obstante la importancia de este desarrollo biotecnológico, es imperativo remarcar que BIOMILQ no es bioidéntico a la leche materna, pues no están seguros de que pueda serlo. Los cambios hormonales, las señales del bebé, el contacto piel con piel y el entorno afectan la complejidad dinámica de la leche materna. BIOMILQ no mostrará la dinámica de composición en tiempo real que ocurre durante la alimentación en respuesta a la relación íntima entre madre e hijo y su entorno único. Pero, debido a que el producto de BIOMILQ se produce fuera del cuerpo en un ambiente estéril controlado, es una “leche” que estará libre de toxinas ambientales, alérgenos alimentarios y medicamentos recetados, que a menudo se detectan en la leche materna. Al respecto, Michelle Egger, cofundadora y directora ejecutiva, comparte: “No tenemos intención de reemplazar la lactancia materna, por lo que nos sentimos cómodos con las diferencias entre nuestro producto y la leche materna. En cambio, tenemos la intención de ofrecer a los padres otra opción de alimentación suplementaria para nutrir a bebés más saludables, empoderar a los padres a través de la elección y contribuir a un planeta más saludable”.  En tanto que Zakiyah Williams, Gerente de Servicios de Lactancia en Stanford Children's Health, IBCLC y Asesora Técnica de BIOMILQ,  expresa que “es increíble que pronto haya un producto para apoyar a las familias y brindar una alternativa a la fórmula infantil”. No es un reemplazo de su leche, pero tiene implicaciones para otras familias en las que su leche no es una opción. Desde familias adoptivas, bebés con alergias y padres biológicos con contraindicaciones hasta proporcionar su propia leche, ¡esta es una opción que cambia las reglas del juego!

Figura 5. Células epiteliales mamarias

Stephan P. 2022.  Verywell Health (https://www.verywellhealth.com/epithelial-cells-definition-430052).

El proceso de producción de BIOMILQ se puede resumir de la siguiente manera: 

1. Las células epiteliales mamarias se colocan en frascos con medios de cultivo celular que contienen los nutrientes que necesitan para crecer y ser felices fuera del cuerpo.

2. Las células absorben los nutrientes y proliferan (multiplican).

3. Una vez que hay suficientes células, se colocan en un biorreactor, un microambiente que recrea condiciones similares a las del seno.

4. El medio de cultivo celular continúa bombeando a través del biorreactor (sí, ¡suena como un extractor de leche!) para nutrir las células a medida que continúan multiplicándose y preparándose para producir leche.

5. Las células se organizan en una capa alrededor de la estructura 3D del biorreactor. Esta formación es similar a la fisiología del seno: las células absorben los nutrientes del torrente sanguíneo de la madre por un lado y secretan leche hacia el centro del lóbulo de la glándula mamaria.

6. Los medios de cultivo celular inductores de leche le dicen a las células que es hora de producir leche.

7. Las células continúan absorbiendo los nutrientes por un lado y secretan leche por el otro. Esta separación reduce la necesidad de purificación.

8. La leche se recoge y analiza para garantizar la máxima seguridad para su bebé.

9. Esta nueva opción de alimentación infantil brinda gran parte de la nutrición de la leche materna para apoyar el crecimiento de su bebé y su tranquilidad.

Figura 6. Células epiteliales de mama humano. Las células epiteliales se alinean a los lóbulos (lóbulos pequeños) y los conductos terminales de la mama, es ahí donde se realizan la función importante de hacer la leche.

Hu, X., Harvey, S.E., Zheng, R. et al. The RNA-binding protein AKAP8 suppresses tumor metastasis by antagonizing EMT-associated alternative splicing. Nat Commun 11, 486 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14304-1

A manera de conclusión y perspectivas futuras de la biotecnología mamaria, podríamos retomar lo publicado por  Singh et al.  (2021) en el sentido que la leche humana es indiscutiblemente el alimento mejor diseñado por la naturaleza para los bebés humanos, y es la mejor opción para los primeros días de la vida humana en casi todas las culturas. Sin embargo, se sabe muy poco sobre su compleja composición y diversidad de biomoléculas constituyentes debido a diferentes factores limitantes como la baja disponibilidad de muestras, el consentimiento del paciente, las limitaciones en técnicas analíticas, y desconocimiento en este campo. 

Literatura:

Singh K.S., Singh B.P., Rokana N., Singh N., Kaur J., Singh A., Panwar P. 2021. Bio-therapeutics from human milk: prospects and Perspectives. J. Appl. Microbiol. doi:10.1111/jam.15078.

Quinn E.A. 2020. Centering human milk composition as normal human biological variation. Am J Hum Biol. 2021;33:e23564. doi: 10.1002/ajhb.23564

de Almeida M.H.R., Bortolotto G.D.S., Dutra R.C., Narvaes-Guimaraes G-. Felipetti F.A. 2021. Cell culture of the normal human mammary gland cultivated in monolayer. A mini systematic review. Acta Histochem 123: 151798. doi.org/10.1016/j.acthis.2021.151798

Fernández E.M. 2017. Lactancia materna en prematuros (https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/680675/mayans_fernandez_estefaniatfg.pdf).