Las primeras semanas después de que el esperma se encuentra con el óvulo aún guardan muchos misterios. Entre ellos: qué causa que el proceso falle, lo que lleva a muchos casos de infertilidad.
A pesar de la importancia de esta etapa crítica, los científicos no han tenido una buena manera de explorar qué puede salir mal, o incluso qué debe salir bien, después de que la bola de células recién formada se implante en la pared del útero humano.
Pero un nuevo logro utilizando células madre humanas puede ayudar a cambiar eso. Las estructuras diminutas cultivadas en laboratorio podrían dar a los investigadores la oportunidad de ver lo que no podían antes, al tiempo que evitan problemas éticos asociados con el estudio de embriones reales.
Un equipo de la Universidad de Michigan informa en Comunicaciones de la naturaleza que han convencido a las células madre humanas pluripotentes para que crezcan en una superficie especialmente diseñada en estructuras que se asemejan a un aspecto temprano del desarrollo humano llamado saco amniótico.
Las células desarrollaron espontáneamente algunas de las mismas características estructurales y moleculares que se observan en un saco amniótico natural, que es una estructura asimétrica, hueca, en forma de bola que contiene células que darán lugar a una parte de la placenta y al embrión mismo.Pero las estructuras que crecen en la UM carecen de otros componentes clave del embrión temprano, por lo que no pueden convertirse en un feto.
Es la primera vez que un equipo desarrolla una estructura de este tipo comenzando con células madre, en lugar de convencer a un embrión donado para que crezca, como lo han hecho algunos otros equipos.
"Casi la mitad de todos los embarazos terminan en las primeras dos semanas después de la fecundación, a menudo antes de que la mujer se dé cuenta de que está embarazada. Para algunas parejas, existe una incapacidad crónica de superar estos pasos críticos iniciales del desarrollo, pero nosotrosNo hemos tenido previamente un modelo que nos permita explorar las razones ", dice la coautora principal, Deborah Gumucio, Ph.D." Esperamos que este trabajo permita a muchos científicos profundizar en las vías involucradas en la normalidad.y el desarrollo anormal, para que podamos comprender algunas de las biologías más fascinantes de la tierra ". Gumucio es el profesor colegiado de Engel de Biología Celular y del Desarrollo en Michigan Medicine, el centro médico académico de la UM.
un PASE estable
Los investigadores han denominado a la nueva estructura embrioide del saco amniótico posterior a la implantación, o PASE. Describen cómo se desarrolla una PASE como una estructura esférica hueca con dos mitades distintas que permanecen estables incluso cuando las células se dividen.
La mitad está hecha de células que se convertirán en ectodermo amniótico, la otra mitad está compuesta por células epiblastoras pluripotentes que en la naturaleza forman el disco embrionario. El centro hueco se asemeja a la cavidad amniótica, que en el desarrollo normal eventualmente da lugar al líquidosaco lleno que protege y amortigua al feto durante el desarrollo.
Gumucio compara un PASE con un huevo de Pascua de plástico no coincidente o una bola Pokémon azul y roja, con dos mitades claramente divididas de dos tipos de células que mantienen una forma estable alrededor de un centro hueco.
El equipo también informa detalles sobre los genes que se activaron durante el desarrollo de una PASE y las señales que las células de una PASE se envían entre sí y a los tejidos vecinos. Muestran que una estructura de PASE estable a la mitad se basa enuna vía de señalización llamada BMP-SMAD que se sabe que es crítica para el desarrollo de embriones.
Gumucio señala que las estructuras PASE incluso exhiben los primeros signos de iniciar una "línea primitiva", aunque no se desarrolló completamente. En un embrión humano, la línea comenzaría un proceso llamado gastrulación. Esa es la división de nuevas células en trescapas celulares endodermo, mesodermo y ectodermo que son esenciales para dar lugar a todos los órganos y tejidos del cuerpo.
La colaboración proporciona la chispa
El nuevo estudio se deriva directamente del trabajo colaborativo previo entre el laboratorio de Gumucio y el del otro autor principal, el profesor asociado de ingeniería mecánica de la UM Jianping Fu, Ph.D.
En el trabajo anterior, reportado en Nature Materials, el equipo logró implantar bolas de células madre en una superficie especial diseñada en el laboratorio de Fu para parecerse a una pared uterina simplificada. Mostraron que una vez que las células se unían a este sustrato,comenzaron a diferenciarse en quistes huecos compuestos completamente de amnios, un tejido extraembrionario resistente que contiene el líquido amniótico.
Pero un análisis más detallado de estos quistes por los coautores del nuevo artículo Yue Shao, Ph.D., un estudiante graduado en el laboratorio de Fu, y Ken Taniguchi, un becario postdoctoral en el laboratorio de Gumucio, reveló que un pequeño subconjunto de estoslos quistes eran establemente asimétricos y se veían exactamente como los primeros sacos amnióticos humanos o de mono.
El equipo descubrió que tales estructuras también podrían crecer a partir de células madre pluripotentes inducidas iPSC: células derivadas de la piel humana y cultivadas en el laboratorio en condiciones que les dan la capacidad de convertirse en cualquier tipo de célula, de forma similar a cómo se embrionan las células madre.las células se comportan. Esto abre la puerta para el trabajo futuro usando células de la piel donadas por parejas que experimentan infertilidad crónica, que podrían convertirse en iPSC y probar su capacidad para formar sacos amnióticos adecuados utilizando los métodos diseñados por el equipo.
Notas importantes y próximos pasos
Además de trabajar con especialistas en genética e infertilidad para profundizar en la biología PASE en relación con la infertilidad humana, el equipo espera explorar características adicionales del tejido amniótico.
Por ejemplo, la ruptura temprana del tejido amniótico puede poner en peligro al feto o ser la causa de un aborto espontáneo. El equipo también tiene la intención de estudiar qué aspectos de la formación de amnios humanos también ocurren en el desarrollo de amnios de ratón. El modelo de embrión de ratón es muy atractivocomo un modelo in vivo para investigar enfermedades genéticas humanas.
El trabajo del equipo es supervisado por un panel que monitorea todo el trabajo realizado con células madre pluripotentes en la UM, y los estudios se realizan de acuerdo con las leyes con respecto a la investigación con células madre humanas. El equipo finaliza los experimentos antes de que las bolas de células alcancen efectivamente el desarrollo 14días, el límite utilizado como un límite internacional en la investigación de embriones, a pesar de que el trabajo involucra tejido que no puede formar un embrión. Algunas de las líneas de células madre se derivaron en el Laboratorio de células madre MStem, financiado con fondos privados, para células madre embrionarias humanas, y la UMNúcleo pluripotente de células madre.
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Materiales proporcionados por Medicina de Michigan - Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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