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| Un modelo de embrión humano derivado de células madre en una fase de desarrollo equivalente a la de un embrión de día 14. El modelo presenta todos los compartimentos que definen esta etapa: el saco vitelino (amarillo) y la parte que se convertirá en el embrión propiamente dicho, coronada por el amnios (azul), todo ello envuelto por células que se convertirán en la placenta (rosa). Crédito: Instituto Weizmann de Ciencias |
Un equipo de investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias ha desarrollado
modelos completos de embriones humanos a partir de células madre cultivadas en
laboratorio. E incluso han logrado cultivar estos embriones fuera del útero.
Este nuevo estudio podría allanar el camino para futuros trabajos sobre
infertilidad, desarrollo de fármacos y crecimiento de tejidos para
trasplantes, además de permitir a los investigadores ver el interior de las
dramáticas semanas iniciales del desarrollo embrionario.
En estos modelos de embriones sintéticos estaban presentes la placenta, el
saco vitelino, el saco coriónico y otros tejidos exteriores que garantizan el
crecimiento dinámico y suficiente de los modelos, así como otros
compartimentos y estructuras típicos de esta etapa.
A diferencia de los modelos de embriones humanos desarrollados anteriormente,
con su auténtica complejidad, estos nuevos modelos de embriones humanos pueden
ofrecer oportunidades sin precedentes para arrojar nueva luz sobre los
misteriosos inicios del embrión. Imitan fielmente el desarrollo de un embrión
humano real, en particular la aparición de su exquisita arquitectura.
El equipo dirigido por Hanna amplió su experiencia previa en la producción de
modelos sintéticos de embriones de ratón con células madre. Los científicos no
utilizaron óvulos fecundados ni un útero, como en aquel estudio. En su lugar,
empezaron con células madre pluripotentes humanas, que pueden diferenciarse en
la mayoría de los tipos de células, pero no en todos. Algunas procedían de
células maduras de la piel que habían vuelto a su estado "madre". Otras eran
descendientes de líneas de células madre humanas cultivadas en laboratorio
durante varios años.
Para dar marcha atrás al reloj, los científicos utilizaron el novedoso método
de Hanna para reprogramar células madre pluripotentes. Lo hicieron
devolviéndolas a un estado aún más temprano conocido como estado ingenuo, en
el que podían convertirse en cualquier cosa, especializándose en cualquier
tipo celular. Este estado se produce cuando el embrión humano natural se
inserta en el útero, o día 7 para el embrión humano.
El equipo de Hanna fue el primero en describir cómo fabricar células madre
ingenuas humanas en 2013. A lo largo de los años, siguieron perfeccionando
estas técnicas, que son la base del esfuerzo actual.
Los científicos dividieron las células en tres grupos. Las células precursoras
del embrión no se alteraron en modo alguno. Para activar genes específicos y
hacer que las células de cada uno de los otros grupos se diferenciaran en uno
de los tres tipos de tejido necesarios para sostener el embrión -el saco
vitelino, la placenta o la membrana del mesodermo extraembrionario que
finalmente da lugar al saco coriónico- se aplicaron determinadas sustancias
químicas a las células de cada uno de los otros grupos.
Según Hanna, "poco después de mezclarlas en condiciones optimizadas y
desarrolladas específicamente, las células formaron grupos, de los cuales
aproximadamente el 1% se autoorganizaron en estructuras completas similares a
embriones."
"Un embrión es autodirigido por definición; no necesitamos decirle lo que
tiene que hacer, sólo debemos liberar su potencial codificado internamente. Es
fundamental mezclar inicialmente los tipos adecuados de células, que sólo
pueden derivarse de células madre ingenuas sin restricciones de desarrollo.
Una vez hecho esto, el propio modelo embrionario dice "¡adelante!"".
Las estructuras embrionarias basadas en células madre, también conocidas como
SEM, crecieron con normalidad durante 8 días fuera del útero, alcanzando una
fase de desarrollo correspondiente al día 14 de formación de un embrión
humano. Los embriones naturales alcanzan ese estadio cuando establecen las
estructuras internas necesarias para pasar a la siguiente fase: el desarrollo
de los progenitores de los órganos corporales.
Los científicos descubrieron una asombrosa similitud estructural entre los
modelos de embriones derivados de células madre y los embriones humanos
naturales en la fase correspondiente cuando compararon la organización interna
de los modelos con las ilustraciones y secciones de anatomía microscópica de
los atlas clásicos de embriología de los años sesenta. Cada espacio de
almacenamiento y soporte auxiliar estaba presente y colocado, dimensionado y
conformado correctamente.
Incluso las células que producen la hormona utilizada en las pruebas de
embarazo estaban presentes y funcionaban correctamente, como demostraron los
resultados positivos de una prueba de embarazo comercial cuando los
científicos introdujeron en ella secreciones de estas células.
Según Hanna, "esto implicaba que sus modelos emulaban fielmente el proceso por
el que un embrión temprano adquiere todas las estructuras que necesita para
iniciar su transformación en feto". Muchos fallos en el embarazo se producen
en las primeras semanas, a menudo antes de que la mujer sepa que está
embarazada."
"También es entonces cuando se originan muchas discapacidades congénitas,
aunque suelen descubrirse mucho más tarde. Nuestros modelos pueden servir para
revelar las señales bioquímicas y mecánicas que garantizan un desarrollo
adecuado en esta fase temprana y las formas en que ese desarrollo puede ir
mal."
El estudio ya ha revelado un hallazgo que podría conducir a una nueva línea de
investigación sobre el fracaso de los embarazos precoces. Los científicos
descubrieron que elementos internos como el saco vitelino no crecen
adecuadamente en el embrión si las células formadoras de placenta no rodean
completamente al embrión en el día 3 del protocolo (equivalente al día 10 en
el desarrollo embrionario natural).
Hanna afirma: "Un embrión no es estático. Debe tener las células adecuadas
en la organización correcta y debe poder progresar: se trata de ser y llegar
a ser. Nuestros modelos de embriones completos ayudarán a los investigadores
a abordar las cuestiones más básicas sobre lo que determina su crecimiento
adecuado."
Este enfoque moral para desentrañar los enigmas de las fases más tempranas
del desarrollo embrionario puede allanar el camino a nuevas líneas de
investigación. Podría arrojar luz sobre los orígenes de algunas anomalías
congénitas y tipos de infertilidad. Podría dar lugar a técnicas novedosas
para desarrollar el trasplante de órganos y tejidos.
También podría proporcionar una solución para pruebas que no pueden
realizarse en embriones vivos, como averiguar cómo afecta la exposición a
medicamentos u otras sustancias al desarrollo fetal.
Fuentes, créditos y referencias: