Crearon embriones de ratón sin óvulos ni espermatozoides: cómo lo hicieron y con qué objetivo

Pese a que para dar vida a un mamífero se necesita un óvulo y un espermatozoide, los avances de la ciencia no se detienen y ahora investigadores de la Universidad de Cambridge y el Instituto de Tecnología de California (Caltech) crearon embriones de ratón sin esas primeras células embrionarias.

Lo hicieron a partir de células madre, que según vieron pueden dividirse y autoorganizarse en un embrión por sí mismas.

Los investigadores imitaron los procesos naturales en el laboratorio al guiar los tres tipos de células madre que se encuentran en el desarrollo temprano de los mamíferos hasta el punto en que comienzan a interactuar.

Las células madre se autoorganizaron en estructuras que progresaron a través de las sucesivas etapas de desarrollo hasta que los embriones sintéticos tuvieron corazones latiendo y las bases para un cerebro, así como el saco vitelino donde se desarrolla el embrión y del cual recibe nutrientes en sus primeras semanas. Esta es la etapa de desarrollo más avanzada lograda hasta la fecha en un modelo derivado de células madre.

Un gran avance en este estudio es la capacidad de generar todo el cerebro, en particular la región anterior, que había sido el gran escollo en el desarrollo de embriones sintéticos.

Magdalena Zernicka-Goetz es profesora de Biología e Ingeniería Biológica en Caltech, además de profesora de desarrollo de mamíferos y biología de células madre en el Departamento de Fisiología, Desarrollo y Neurociencia de Cambridge, y consideró que “esto abre nuevas posibilidades para estudiar los mecanismos del neurodesarrollo en un modelo experimental”.

“De hecho, demostramos la prueba de este principio en el artículo eliminando un gen que ya se sabe que es esencial para la formación del tubo neural, precursor del sistema nervioso, y para el desarrollo del cerebro y los ojos. En ausencia de este gen, los embriones sintéticos muestran exactamente los defectos conocidos en el desarrollo del cerebro como en un animal que lleva esta mutación. Esto significa que podemos comenzar a aplicar este tipo de enfoque a los muchos genes con una función desconocida en el desarrollo del cerebro”.

“Nuestro modelo de embrión de ratón no sólo desarrolla un cerebro, sino también un corazón que late, todos los componentes que componen el cuerpo -sostuvo la investigadora-. Es increíble que hayamos llegado tan lejos. Este ha sido el sueño de nuestra comunidad durante años y el enfoque principal de nuestro trabajo durante una década, y finalmente lo hemos logrado”.

Zernicka-Goetz detalló en un artículo publicado en la revista Nature que habían comenzado con “sólo células madre embrionarias, que pueden imitar las primeras etapas de desarrollo, pero no podíamos ir más allá”. Luego, hace unos años, su equipo descubrió que cuando añadían células madre que dan lugar a la placenta y al saco vitelino, sus embriones se desarrollaban aún más. El año pasado, demostraron que podían usar esta técnica para cultivar embriones hasta el día 7. En su último artículo, publicado hoy, el equipo describió cómo desarrollaron embriones durante otro día y medio.

Lo hicieron con la ayuda de una técnica desarrollada por Jacob Hanna, biólogo de células madre del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, quien también trabaja en este tema desde hace años. El año pasado, el equipo de Hanna había informado que habían desarrollado un dispositivo que les permitía cultivar embriones naturales de ratón durante un período de tiempo sin precedentes fuera del útero. Esta incubadora mantuvo a los embriones en funcionamiento desde el día 5 hasta el día 11. La gestación completa en ratones es de unos 20 días.

Ese período es lo suficientemente largo para que se desarrollen las regiones del cerebro, el corazón comience a latir y se formen los tubos neurales e intestinales. Estos embriones sintéticos se parecen mucho a los embriones naturales que se forman cuando el esperma de ratón se encuentra con el óvulo, pero “no son 100% idénticos”. “Puedes ver algunos defectos y algunos cambios en el tamaño del órgano”, aseguró Hanna.

Los alcances del hallazgo

Para que un embrión humano se desarrolle con éxito, debe haber un “diálogo” entre los tejidos que se convertirán en el embrión y los tejidos que conectarán el embrión con la madre, explicaron los expertos. En la primera semana después de la fertilización, se desarrollan tres tipos de células madre: una eventualmente se convertirá en los tejidos del cuerpo y las otras dos apoyarán el desarrollo del embrión. Uno de estos dos últimos tipos, conocido como células madre extraembrionarias, se convertirá en la placenta, que conecta al feto con la madre y le proporciona oxígeno y nutrientes. El otro se convertirá en el saco vitelino, donde crece el embrión y del cual recibe nutrientes en las primeras etapas del desarrollo.

Muchos embarazos fracasan en el momento en que los tres tipos de células madre comienzan a enviar señales mecánicas y químicas entre sí, que le indican al embrión cómo desarrollarse adecuadamente.

“Este período temprano es la base para todo lo demás que sigue al embarazo -aseguró Zernicka-Goetz-. Si sale mal, el embarazo fracasará”.

La investigadora, que durante la última década trabajó con su equipo en el estudio de estas primeras etapas del embarazo para comprender por qué algunos embarazos fracasan y otros tienen éxito, destacó que “este período de la vida humana es tan misterioso, que poder ver cómo sucede en un plato, tener acceso a estas células madre individuales, comprender por qué fracasan tantos embarazos y cómo podría evitarse que eso suceda es bastante especial”, dijo Zernicka-Goetz.

Y pese a que la investigación actual se llevó a cabo en modelos de ratones, los investigadores están desarrollando un modelo análogo para el desarrollo de embriones humanos para comprender los mecanismos detrás de procesos cruciales que de otro modo serían imposibles de estudiar en embriones reales.

Si se demuestra que estos métodos tienen éxito con células madre humanas en el futuro, también podrían usarse para guiar el desarrollo de órganos sintéticos para pacientes que esperan trasplantes. “Hay tantas personas en todo el mundo que esperan durante años un trasplante de órganos -señaló Zernicka-Goetz-. Lo que hace que nuestro trabajo sea tan emocionante es que el conocimiento que surge de él podría usarse para hacer crecer órganos humanos sintéticos correctos para salvar vidas que actualmente se pierden. También debería ser posible afectar y curar órganos adultos usando el conocimiento que tenemos sobre cómo se hacen”.

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