Para observar cómo una pequeña bola de células idénticas en camino de convertirse en un embrión de mamífero se adhiere primero a una pared uterina en espera y luego se convierte en sistema nervioso, corazón, estómago y extremidades: este ha sido un grial muy buscado en el campo.desarrollo embrionario durante casi 100 años. El profesor Jacob Hanna del Instituto de Ciencias Weizmann y su grupo han logrado esta hazaña. El método que crearon para el crecimiento de embriones de ratón fuera del útero durante las etapas iniciales después de la implantación del embrión brindará a los investigadores unherramienta para comprender el programa de desarrollo codificado en los genes, y puede proporcionar información detallada sobre los defectos de nacimiento y desarrollo, así como los involucrados en la implantación de embriones. Los resultados de esta investigación se publicaron en Naturaleza .
Hanna, quien se encuentra en el Departamento de Genética Molecular del Instituto, explica que mucho de lo que se sabe sobre el desarrollo embrionario de mamíferos hoy en día proviene de la observación del proceso en no mamíferos como ranas o peces que ponen huevos transparentes, o de la obtención de imágenes estáticas dediseccionaron embriones de ratón y agregarlos juntos. La idea de desarrollar embriones tempranos fuera del útero ha existido desde antes de la década de 1930, agrega, pero los experimentos basados en estas propuestas tuvieron un éxito limitado y los embriones tendían a ser anormales.
El equipo de Hanna decidió renovar ese esfuerzo con el fin de avanzar en la investigación en su laboratorio, que se centra en la forma en que se lleva a cabo el programa de desarrollo en las células madre embrionarias. Durante siete años, a través de prueba y error, ajuste fino y doble verificación, su equipo ideó un proceso de dos pasos en el que pudieron cultivar embriones de ratón en desarrollo normal fuera del útero durante seis días, alrededor de un tercio de su gestación de 20 días, momento en el que los embriones ya tenían un pozo.-plano corporal definido y órganos visibles. "Para nosotros, esa es la parte más misteriosa e interesante del desarrollo embrionario, y ahora podemos observarla y experimentar con ella con asombroso detalle", dice Hanna.
La investigación fue dirigida por Alejandro Aguilera-Castrejon, el Dr. Bernardo Oldak, la difunta Dra. Rada Massarwa y la Dra. Noa Novershtern en el laboratorio de Hanna y el Dr. Itay Maza, ex alumno de Hanna ahora en el Rambam Health Care Campus deel Technion - Instituto de Tecnología de Israel.
Para el primer paso, que duró alrededor de dos días, los investigadores comenzaron con embriones de ratón de varios días, justo después de que se hubieran implantado en el útero. En esta etapa, los embriones eran bolas que constaban de 250 células madre idénticas.se colocaron en un medio de crecimiento especial en una placa de laboratorio y el equipo logró que las bolas se adhirieran a este medio como lo harían con la pared uterina. Con este paso, lograron duplicar la primera etapa del desarrollo embrionario, en la que el embrión se duplicay triplica en tamaño, ya que se diferencia en tres capas: interior, medio y exterior.
Más allá de dos días, cuando los embriones ingresaron a la siguiente etapa de desarrollo, la formación de órganos de cada una de las capas, necesitaban condiciones adicionales. Para este segundo paso, los científicos colocaron los embriones en una solución nutritiva en pequeños vasos de precipitados,colocando los vasos en rodillos que mantenían las soluciones en movimiento y continuamente mezcladas. Esa mezcla parece haber ayudado a mantener los embriones, que estaban creciendo sin que la sangre materna fluyera hacia la placenta, bañados en los nutrientes. Además de regular cuidadosamente los nutrientes en elvasos de precipitados, el equipo aprendió en experimentos posteriores a controlar de cerca los gases, el oxígeno y el dióxido de carbono, no solo las cantidades, sino también la presión del gas.
Para comprobar si los procesos de desarrollo que estaban observando a lo largo de los dos pasos eran normales, el equipo realizó comparaciones cuidadosas con embriones extraídos de ratones preñados en el período de tiempo relevante, mostrando que tanto la separación en capas como la formación de órganos eran casi idénticasen los dos grupos. En experimentos posteriores, insertaron en los embriones genes que marcaron los órganos en crecimiento con colores fluorescentes. El éxito de este intento sugirió que nuevos experimentos con este sistema que implican diversas manipulaciones genéticas y de otro tipo deberían producir resultados fiables ".puede inyectar genes u otros elementos en las células, alterar las condiciones o infectar el embrión con un virus, y el sistema que demostramos le dará resultados consistentes con el desarrollo dentro del útero de un ratón ", dice Hanna.
"Si le das a un embrión las condiciones adecuadas, su código genético funcionará como una línea de dominó preestablecida, dispuesta para caer una tras otra", agrega. "Nuestro objetivo era recrear esas condiciones, y ahorapuede ver, en tiempo real, cómo cada dominó golpea el siguiente en la fila ". Entre otras cosas, explica Hanna, el método reducirá el costo y acelerará el proceso de investigación en el campo de la biología del desarrollo, además de reducir lanecesidad de animales de laboratorio.
De hecho, el siguiente paso en el laboratorio de Hanna será ver si pueden omitir el paso de extraer embriones de ratones preñadas. Él y su equipo tienen la intención de intentar crear embriones artificiales hechos de células madre para su uso en esta investigación.Otras cosas, esperan poner su nuevo método en funcionamiento para responder preguntas como por qué tantos embarazos no se implantan, por qué la ventana para la implantación es tan corta, cómo las células madre pierden gradualmente su "tallo" a medida que avanza la diferenciación y qué condiciones enLa gestación puede conducir posteriormente a trastornos del desarrollo.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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