Los científicos de la Universidad de Cambridge han logrado crear una estructura que se asemeja a un embrión de ratón en cultivo, utilizando dos tipos de células madre, las 'células maestras' del cuerpo, y un andamio 3D en el que pueden crecer.
Comprender las primeras etapas del desarrollo del embrión es de interés porque este conocimiento puede ayudar a explicar por qué más de dos de cada tres embarazos humanos fallan en este momento.
Una vez que un óvulo de mamífero ha sido fecundado por un espermatozoide, se divide varias veces para generar una pequeña bola de células madre que flota libremente. Las células madre particulares que eventualmente harán el futuro cuerpo, las células madre embrionarias ESC se agrupanjuntos dentro del embrión hacia un extremo: esta etapa de desarrollo se conoce como el blastocisto. Los otros dos tipos de células madre en el blastocisto son las células madre extra-embrionarias del trofoblasto TSC, que formarán la placenta, y el tallo primitivo del endodermo.células que formarán el llamado saco vitelino, asegurando que los órganos del feto se desarrollen adecuadamente y proporcionando nutrientes esenciales.
Los intentos anteriores para desarrollar estructuras similares a embriones utilizando solo ESC han tenido un éxito limitado. Esto se debe a que el desarrollo temprano del embrión requiere que los diferentes tipos de células se coordinen estrechamente entre sí.
Sin embargo, en un estudio publicado hoy en la revista ciencia , los investigadores de Cambridge describen cómo, usando una combinación de ESC y TSC de ratón genéticamente modificados, junto con un andamio 3D conocido como matriz extracelular, pudieron desarrollar una estructura capaz de ensamblarse y cuyo desarrollo y arquitectura se parecían muchoel embrión natural
"Tanto las células embrionarias como las extraembrionarias comienzan a comunicarse entre sí y se organizan en una estructura que se parece y se comporta como un embrión", explica la profesora Magdalena Zernicka-Goetz, del Departamento de Fisiología, Desarrollo y Neurociencia, quiendirigió la investigación: "Tiene regiones anatómicamente correctas que se desarrollan en el lugar correcto y en el momento correcto"
El profesor Zernicka-Goetz y sus colegas encontraron un notable grado de comunicación entre los dos tipos de células madre: en cierto sentido, las células se dicen entre sí en qué lugar del embrión deben colocarse.
"Sabíamos que las interacciones entre los diferentes tipos de células madre son importantes para el desarrollo, pero lo sorprendente que ilustra nuestro nuevo trabajo es que esta es una asociación real: estas células realmente se guían entre sí", dice. "Sinesta asociación, el desarrollo correcto de la forma y la actividad oportuna de los mecanismos biológicos clave no se lleva a cabo correctamente ".
Al comparar su 'embrión' artificial con un embrión de desarrollo normal, el equipo pudo demostrar que su desarrollo siguió el mismo patrón de desarrollo. Las células madre se organizan, con ESC en un extremo y TSC en el otro. Una cavidadluego se abre dentro de cada grupo antes de unirse, eventualmente para convertirse en la gran cavidad pro-amniótica en la que se desarrollará el embrión.
Si bien este embrión artificial se parece mucho a lo real, es poco probable que se desarrolle aún más en un feto sano, dicen los investigadores. Para hacerlo, probablemente necesitaría la tercera forma de células madre, lo que permitiría el desarrollo deel saco vitelino, que proporciona alimento para el embrión y dentro del cual se desarrolla una red de vasos sanguíneos. Además, el sistema no ha sido optimizado para el correcto desarrollo de la placenta.
El profesor Zernicka-Goetz desarrolló recientemente una técnica que permite que los blastocistos se desarrollen in vitro más allá de la etapa de implantación, lo que permite a los investigadores analizar por primera vez etapas clave del desarrollo del embrión humano hasta 13 días después de la fertilización. Ella cree que este último desarrollo podríaayudarlos a superar una de las principales barreras para la investigación de embriones humanos: la escasez de embriones. Actualmente, los embriones se desarrollan a partir de óvulos donados a través de clínicas de FIV.
"Creemos que será posible imitar muchos de los eventos de desarrollo que ocurren antes de 14 días usando células madre embrionarias y extraembrionarias humanas usando un enfoque similar a nuestra técnica usando células madre de ratón", dice. "Estamosmuy optimista de que esto nos permitirá estudiar eventos clave de esta etapa crítica del desarrollo humano sin tener que trabajar realmente en embriones. Saber cómo ocurre normalmente el desarrollo nos permitirá comprender por qué a menudo sale mal ".
La investigación fue financiada en gran parte por Wellcome Trust y el Consejo Europeo de Investigación.
El Dr. Andrew Chisholm, Jefe de Ciencia Celular y del Desarrollo en Wellcome, dijo: "Este es un estudio elegante que crea un embrión de ratón en la cultura que nos da una idea de las primeras etapas del desarrollo de los mamíferos. El trabajo del profesor Zernicka-Goetz realmente muestraLa importancia de la investigación básica para ayudarnos a resolver problemas difíciles para los que aún no tenemos evidencia suficiente. En teoría, algún día se podrían utilizar enfoques similares para explorar el desarrollo humano temprano, arrojando luz sobre el papel del entorno materno endefectos de nacimiento y salud "
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