Investigadores de la Universidad de Cambridge han creado embriones modelo a partir de células madre de ratón que forman un cerebro, un corazón que late y los cimientos de todos los demás órganos del cuerpo: una nueva vía para recrear las primeras etapas de la vida.
El equipo, dirigido por la profesora Magdalena Zernicka-Goetz, desarrolló el modelo de embrión sin óvulos ni espermatozoides y, en su lugar, utilizó células madre, las células maestras del cuerpo, que pueden convertirse en casi cualquier tipo de célula del cuerpo.
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. Al inducir la expresión de un conjunto particular de genes y establecer un entorno único para sus interacciones, los investigadores lograron que las células madre "hablaran" entre sí.
Las células madre se autoorganizaron en estructuras que progresaron a través de las sucesivas etapas de desarrollo hasta que tuvieron corazones latiendo y los cimientos del cerebro, así como el saco vitelino donde el embrión se desarrolla y obtiene nutrientes en sus primeras semanas. A diferencia de otros embriones sintéticos, los modelos desarrollados por Cambridge llegaron al punto en que todo el cerebro, incluida la parte anterior, comenzó a desarrollarse. Este es un punto más en el desarrollo de lo que se ha logrado en cualquier otro modelo derivado de células madre.
El equipo dice que sus resultados, fruto de más de una década de investigación, podrían ayudar a los investigadores a comprender por qué algunos embriones fallan mientras que otros se convierten en embarazos saludable. Además, los resultados podrían usarse para guiar la reparación y el desarrollo de órganos humanos sintéticos para trasplante.
"Nuestro modelo de embrión de ratón no solo desarrolla un cerebro, sino también un corazón que late, todos los componentes que componen el cuerpo", indica Zernicka-Goetz, profesora de Desarrollo de mamíferos y biología de células madre en el Departamento de Fisiología, Desarrollo de Cambridge. y Neurociencia. “Es increíble que hayamos llegado tan lejos. Este ha sido el sueño de nuestra comunidad durante años y el principal enfoque de nuestro trabajo durante una década y finalmente lo hemos logrado”.
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. 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 tipos de células madre extraembrionarias se convertirá en la placenta, que conecta al feto con la madre y proporciona oxígeno y nutrientes; y el segundo es el saco vitelino, donde crece el embrión y de donde obtiene sus nutrientes en el desarrollo temprano.
Muchos embarazos fracasan en el momento en que los tres tipos de células madre comienzan a enviarse señales mecánicas y químicas entre sí, que le indican al embrión cómo desarrollarse adecuadamente. “Muchos embarazos fracasan antes de que la mayoría de las mujeres se den cuenta de que están embarazadas”, comenta Zernicka-Goetz, quien también es profesora de biología e ingeniería biológica en Caltech. “Este período es la base para todo lo demás que sigue en el embarazo. Si sale mal, el embarazo fracasará”.
Durante la última década, el grupo de la profesora Zernicka-Goetz en Cambridge ha estado estudiando estas primeras etapas del embarazo para comprender por qué algunos embarazos fracasan y otros tienen éxito. “El modelo de embrión de células madre es importante porque nos brinda acceso a la estructura en desarrollo en una etapa que normalmente se nos oculta debido a la implantación del diminuto embrión en el útero de la madre”, señala Zernicka-Goetz. "Esta accesibilidad nos permite manipular los genes para comprender sus funciones de desarrollo en un sistema experimental modelo".
Si bien la investigación actual se llevó a cabo en modelos de ratones, los investigadores están desarrollando modelos humanos similares con el potencial de orientarse hacia la generación de tipos de órganos específicos para comprender los mecanismos detrás de procesos cruciales que de otro modo serían imposibles de estudiar en embriones reales. En la actualidad, la ley del Reino Unido permite que los embriones humanos se estudien en el laboratorio solo hasta el día 14 de desarrollo.
Si se demuestra que los métodos desarrollados por el equipo de Zernicka-Goetz 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”, dijo 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 están perdiendo. También debería ser posible afectar y curar órganos adultos utilizando el conocimiento que tenemos sobre cómo se fabrican.
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