Investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel dieron un gran salto en la biología sintética después de que desarrollaron un embrión de ratón fuera del útero sin el uso de esperma u óvulos. El diminuto embrión se hizo completamente a partir de células madre, lo que plantea posibilidades interesantes pero también éticamente desafiantes que algún día podrían conducir a la reproducción de un animal vivo, y eso puede incluir humanos, únicamente a partir de células madre cultivadas en un laboratorio. Por ahora, sin embargo, esta es una demostración fantástica de biotecnología que ayudará a los científicos a comprender mejor cómo funcionan las células madre y cómo podrían ayudarnos a curar diversas enfermedades.
La vida comienza cuando el óvulo se encuentra con el esperma, o eso creíamos
Cómo una pequeña gota de células se transforma en una estructura biológica compleja completa con muchos tejidos y órganos especializados es uno de los misterios más desconcertantes de la biología. En las últimas dos décadas, los biólogos han estado separando embriones prácticamente célula por célula para desentrañar cada etapa de su desarrollo con los detalles más intrincados. A lo largo de los años, los científicos han aprendido mucho sobre los tipos de señales celulares y las fuerzas físicas que dan forma a los embriones y su molde de tejidos de soporte.
De todos los mamíferos estudiados, el manual de instrucciones moleculares del ratón ha sido el que más se ha investigado, y los científicos desactivan los genes uno a la vez para probar lo que hace cada uno de ellos. Con el tiempo, las instrucciones fueron lo suficientemente claras como para que los científicos confiaran en que podían hacer crecer un embrión desde cero.
En 2019, un equipo de investigación del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas fue el primero en utilizar células madre pluripotentes extendidas para desarrollar un embrión sin espermatozoides ni óvulos, que luego implantaron y cultivaron dentro de un ratón hembra. Solo el 7% de los implantes tuvieron éxito, pero los embriones que funcionaron en realidad comenzaron a desarrollar estructuras fetales tempranas, aunque hubo algunas malformaciones importantes.
Ahora, los investigadores del Instituto Weizmann fueron un paso más allá y desarrollaron embriones artificiales fuera del útero, todo completamente en el laboratorio. Primero, reprogramaron las células madre en un estado llamado “ingenuo” que les permite convertirse en células especializadas. Algunas de estas células madre se cultivaron para convertirse en órganos embrionarios, mientras que otras se modificaron genéticamente para convertirlas en células para la placenta y el saco vitelino.
Todas estas células se agruparon dentro de un útero mecánico complejo que imita la incubadora natural del útero de un ratón, y que los científicos dedicaron más de siete años a desarrollar. El útero artificial controla cuidadosamente la presión, el intercambio de oxígeno y el flujo de nutrientes para simular el entorno requerido para que se desarrolle un embrión de ratón.
El embrión sintético creció durante un poco más de 8 días, desarrollando los comienzos de un cerebro, un tracto intestinal e incluso un corazón que late. Los patrones de expresión génica del embrión sintético coincidieron con los naturales en un 95%. Los esfuerzos anteriores que intentaron hacer crecer embriones fuera del útero dentro de tubos de ensayo y platos no pudieron mantener el desarrollo durante más de unos pocos días como máximo.
Sin embargo, la gran mayoría de los agregados de células madre nunca llegaron a esta etapa tan avanzada. Solo 50 de aproximadamente 10.000 embriones sintéticos, o el 0,5%, alcanzaron los ocho días de desarrollo completo, que es casi la mitad del período de gestación del ratón.
La tasa de fracaso muy alta muestra cuán complicado puede ser todo este proceso y cuánto queda por aprender. Sin embargo, la nueva investigación representa un gran logro, que podría allanar el camino para crear embriones viables desde cero y, potencialmente, también organismos vivos. Armados con tal conocimiento, los científicos podrían cultivar órganos humanos en funcionamiento para trasplante completamente en el laboratorio, a partir de células maduras donadas por los propios pacientes, asegurando así el 100% de biocompatibilidad. La experimentación con animales también se reduciría en gran medida o incluso quedaría obsoleta.
“El embrión es la mejor máquina para fabricar órganos y la mejor bioimpresora 3D; tratamos de emular lo que hace”, dijo el profesor Jacob Hanna, investigador principal del estudio. “En lugar de desarrollar un protocolo diferente para cultivar cada tipo de célula, por ejemplo, las del riñón o el hígado, algún día podremos crear un modelo sintético similar al embrión y luego aislar las células que necesitamos. No necesitaremos dictar a los órganos emergentes cómo deben desarrollarse. El embrión mismo hace esto mejor”.
Los hallazgos aparecieron en la revista Cell.
Fuente: ZME Science.
