Crean embriones humanos sintéticos con 14 días de vida a partir de células madre

Una investigación impulsada por el Instituto Weizmann de Ciencias identificó modelos completos de embriones humanos. El hallazgo abre nuevas vías de investigación sobre infertilidad, abortos espontáneos y trasplantes

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Un modelo de embrión basado en células madre humanas en el día 8. El amarillo marca el saco vitelino y el rosa es el trofoblasto (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)
Un modelo de embrión basado en células madre humanas en el día 8. El amarillo marca el saco vitelino y el rosa es el trofoblasto (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)

La medicina está en plena revolución y cada vez más las innovaciones y avances contra enfermedades están al alcance de las personas.

Un ejemplo de ello es la investigación que publicó el profesor Jacob Hanna del Instituto Weizmann de Ciencias que ha creado modelos completos de embriones humanos a partir de células madre cultivadas en el laboratorio.

Los modelos de embriones sintéticos cultivados fuera del útero hasta el día 14, como se informa hoy en Nature, 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.

Las células fueron tratadas únicamente con productos químicos, sin necesidad de modificación genética (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)
Las células fueron tratadas únicamente con productos químicos, sin necesidad de modificación genética (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)

Estas pequeñas bolas de tejido de medio milímetro de ancho se crearon combinando células madre que se organizaron en estructuras que imitan la organización tridimensional de todas las características conocidas que se encuentran en embriones humanos de una a dos semanas de edad.

“Este es el primer modelo de embrión que tiene una organización de compartimentos estructurales y una similitud morfológica con un embrión humano en el día 14″, precisó el profesor Hanna, quien dirigió la investigación.

Los expertos afirman que 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 mismo, 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.

Los modelos de embriones sintéticos cultivados fuera del útero hasta el día 14 (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)
Los modelos de embriones sintéticos cultivados fuera del útero hasta el día 14 (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)

Si bien las minúsculas estructuras no son idénticas a los embriones humanos, los investigadores esperan que pronto sean lo suficientemente buenas como para ayudar a arrojar luz sobre los misterios de las primeras etapas del desarrollo humano y las causas hasta ahora desconocidas del aborto espontáneo.

Este trabajo allana el camino para avances a futuro cercano en materia de fertilidad, pruebas farmacéuticas y trasplantes. Otra aplicación que los científicos tienen en mente es utilizar embriones modelo para evaluar el probable impacto de los medicamentos en embriones humanos reales. Dado que las mujeres embarazadas suelen ser excluidas de los ensayos clínicos , los médicos desconocen los efectos secundarios de incluso algunos de los tratamientos más comunes en mujeres embarazadas y bebés.

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 temprano que es muy difícil de estudiar, tanto por razones éticas como técnicas. 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 equipo de Hanna fue el primero en comenzar a describir métodos para generar células madre humanas vírgenes (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)
El equipo de Hanna fue el primero en comenzar a describir métodos para generar células madre humanas vírgenes (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)

“La clave ocurre en el primer mes, los ocho meses restantes del embarazo son principalmente de mucho crecimiento. 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 el surgimiento de su arquitectura exquisitamente fina”, sostuvo Hanna.

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 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. Luego continuaron mejorando estos métodos, que son el núcleo del proyecto actual, a lo largo de los años.

Este trabajo allana el camino para avances a futuro cercano en materia de fertilidad, pruebas farmacéuticas y trasplantes (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)
Este trabajo allana el camino para avances a futuro cercano en materia de fertilidad, pruebas farmacéuticas y trasplantes (Jacob Hanna/Instituto Weizmann de Ciencias)

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 por ciento 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 desde el principio, que sólo pueden derivarse de células madre ingenuas que no tienen restricciones de desarrollo. Una vez que haces 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.