Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Jacob Hanna en el Instituto Weizmann de Ciencias ha creado modelos completos de embriones humanos a partir de células madre cultivadas en el laboratorio y logró cultivarlos fuera del útero hasta el día 14. Como se informó hoy en Nature, estos modelos de embriones sintéticos presentaban todas las estructuras y compartimentos característicos de esta etapa, incluyendo placenta, saco vitelino, saco coriónico y otros tejidos externos que aseguran el crecimiento dinámico y adecuado de los modelos.
Los agregados celulares derivados de células madre humanas en estudios anteriores no podían considerarse modelos de embriones humanos genuinamente precisos, porque carecían de casi todas las características definitorias de un embrión postimplantación. En particular, no contuvieron varios tipos de células que son esenciales para el desarrollo del embrión, como las que forman la placenta y el saco coriónico. Además, no tenían la organización estructural característica del embrión y no revelaban capacidad dinámica para avanzar a la siguiente etapa de desarrollo.
Dada su auténtica complejidad, los modelos de embriones humanos obtenidos por el grupo de Hanna pueden brindar una oportunidad sin precedentes para arrojar nueva luz sobre los misteriosos orígenes del embrión. Se sabe poco sobre el embrión temprano porque es muy difícil de estudiar, tanto por razones éticas como técnicas, pero sus etapas iniciales son cruciales para su desarrollo futuro. Durante estas etapas, el conjunto de células que se implanta en el útero al séptimo día de su existencia se convierte, al cabo de tres o cuatro semanas, en un embrión bien estructurado que ya contiene todos los órganos del cuerpo.
“El drama ocurre en el primer mes, los ocho meses restantes del embarazo son principalmente de mucho crecimiento”, dice Hanna. “Pero ese primer mes sigue siendo en gran medida una caja negra. Nuestro modelo de embrión humano derivado de células madre ofrece una forma ética y accesible de mirar dentro de esta caja. Imita fielmente el desarrollo de un embrión humano real, en particular la aparición de su exquisitamente fina arquitectura”.
Dejar que el modelo de embrión diga ‘¡Vamos!’
El equipo de Hanna se basó en su experiencia previa en la creación de modelos de embriones de ratón basados en células madre sintéticas. Al igual que en esa investigación, los científicos no utilizaron óvulos fertilizados ni útero. Más bien, comenzaron con células humanas conocidas como células madre pluripotentes, que tienen el potencial de diferenciarse en muchos, aunque no todos, tipos de células. Algunos se derivaron de células de la piel adulta que habían sido revertidas a “tronco”. Otros eran descendientes de líneas de células madre humanas que habían sido cultivadas durante años en el laboratorio.
Luego, los investigadores utilizaron el método desarrollado recientemente por Hanna para reprogramar células madre pluripotentes con el fin de retroceder aún más el reloj: revertir estas células a un estado aún anterior, conocido como estado ingenuo, en el que son capaces de convertirse en cualquier cosa, es decir, especializándose en cualquier tipo de célula.
Esta etapa corresponde al día 7 del embrión humano natural, aproximadamente el momento en que se implanta en el útero. De hecho, el equipo de Hanna fue el primero en comenzar a describir métodos para generar células madre humanas vírgenes, allá por 2013; Continuaron mejorando estos métodos, que son el núcleo del proyecto actual, a lo largo de los años.
Los científicos dividieron las células en tres grupos. Las células destinadas a convertirse en embrión se dejaron tal cual. Las células de cada uno de los otros grupos fueron tratadas únicamente con productos químicos, sin necesidad de modificación genética, para activar ciertos genes, cuyo objetivo era hacer que estas células se diferenciaran hacia uno de los tres tipos de tejido necesarios para sustentar el embrión: placenta, saco vitelino o la membrana del mesodermo extraembrionario que finalmente crea el saco coriónico.
Poco después de mezclarse en condiciones optimizadas y específicamente desarrolladas, las células formaron grupos, aproximadamente el 1% de los cuales se autoorganizaron en estructuras completas similares a embriones. “Un embrión es autónomo por definición; no necesitamos decirle qué hacer; sólo debemos liberar su potencial codificado internamente”, dice Hanna. “Es fundamental mezclar los tipos correctos de células al principio, que sólo pueden derivarse de células madre ingenuas que no tienen restricciones de desarrollo. Una vez que se hace eso, el modelo similar a un embrión dice: ‘¡Adelante!'”.
Las estructuras similares a embriones basadas en células madre (denominadas SEM) se desarrollaron normalmente fuera del útero durante 8 días, alcanzando una etapa de desarrollo equivalente al día 14 en el desarrollo embrionario humano. Ese es el punto en el que los embriones naturales adquieren las estructuras internas que les permiten pasar a la siguiente etapa: desarrollar los progenitores de los órganos del cuerpo.
Los modelos completos de embriones humanos coinciden con los diagramas clásicos en términos de estructura e identidad celular
Cuando los investigadores compararon la organización interna de sus modelos de embriones derivados de células madre con ilustraciones y secciones de anatomía microscópica en atlas de embriología clásica de la década de 1960, encontraron una extraña semejanza estructural entre los modelos y los embriones humanos naturales en la etapa correspondiente. Cada compartimento y estructura de soporte no sólo estaba allí, sino que también estaba en el lugar, tamaño y forma correctos. Incluso las células que producen la hormona utilizada en las pruebas de embarazo estaban ahí y activas: cuando los científicos aplicaron secreciones de estas células a una prueba de embarazo comercial, resultó positiva.
Esto implicaba que sus modelos emulaban fielmente el proceso mediante el cual un embrión temprano adquiere todas las estructuras que necesita para comenzar su transformación en feto. “Muchos fracasos del embarazo ocurren en las primeras semanas, a menudo antes de que la mujer sepa que está embarazada”, dice Hanna. “Ahí es también cuando se originan muchos defectos congénitos, aunque tienden a descubrirse mucho más tarde. Nuestros modelos se pueden utilizar para revelar las señales bioquímicas y mecánicas que garantizan un desarrollo adecuado en esta etapa temprana, y las formas en que ese desarrollo puede salir mal”.
De hecho, el estudio ya ha producido un hallazgo que puede abrir una nueva dirección en la investigación sobre el fracaso temprano del embarazo. Los investigadores descubrieron que si el embrión no está envuelto por células formadoras de placenta de la manera correcta en el día 3 del protocolo (correspondiente al día 10 en el desarrollo embrionario natural), sus estructuras internas, como el saco vitelino, no logran desarrollarse adecuadamente.
“Un embrión no es estático. Debe tener las células adecuadas en la organización adecuada y debe poder progresar; se trata de ser y llegar a ser”, dice Hanna. “Nuestros modelos completos de embriones ayudarán a los investigadores a abordar las preguntas más básicas sobre qué determina su crecimiento adecuado”.
Este enfoque ético para descubrir los misterios de las primeras etapas del desarrollo embrionario podría abrir numerosos caminos de investigación. Podría ayudar a revelar las causas de muchos defectos congénitos y tipos de infertilidad. También podría conducir a nuevas tecnologías para el cultivo de tejidos y órganos para trasplantes. Y podría ofrecer una forma alternativa de experimentos que no se pueden realizar con embriones vivos; por ejemplo, determinar los efectos de la exposición a drogas u otras sustancias en el desarrollo fetal.
Fuente: Phys.org.
