Desde un punto de vista biológico, las primeras etapas de la vida son las más misteriosas. Un embrión humano en desarrollo sufre una serie de cambios rápidos, y estos cambios son extremadamente difíciles de estudiar porque se producen dentro de los confines del útero.
Pero con la nueva tecnología, pronto podría ser posible llenar vacíos importantes en nuestra comprensión del embarazo y el desarrollo temprano. Los científicos de Rockefeller recientemente usaron células madre para crear un modelo 3D de tejidos embrionarios tempranos, lo que les permite simular procesos de desarrollo a medida que ocurrenen tiempo y espacio. Los investigadores esperan que esta herramienta, cuya utilidad demostraron recientemente en un informe en Biología celular natural, permitirá aclarar aún más los procesos que guían el crecimiento embrionario y, en última instancia, conducir a innovaciones que promuevan embarazos saludables.
Dimensiones del desarrollo
El concepto de usar células madre para modelar el desarrollo embrionario temprano se desarrolló por primera vez en los laboratorios de Ali H. Brivanlou, el profesor Robert y Harriet Heilbrunn, y Eric D. Siggia, el profesor Viola Ward Brinning y Elbert Calhoun Brinning, quienes publicaron suinvestigación inicial sobre el tema en 2014. A pesar de haber realizado varios descubrimientos cruciales desde entonces, Brivanlou y Siggia sabían que su sistema era, de alguna manera, limitado: los modelos convencionales de células madre son bidimensionales y no adoptan la forma real de un embrión., por lo tanto, prohíbe a los investigadores hacer preguntas clave relacionadas con su estructura.
Por ejemplo, los científicos están muy interesados en el proceso por el cual los embriones se unen al útero, un primer paso crucial para un embarazo exitoso. Y según Mijo Simunovic, miembro de Simons Junior Fellow en el laboratorio de Siggia, es prácticamente imposible estudiarEste fenómeno complejo en un sistema bidimensional.
"El archivo adjunto es inherentemente un problema 3D", dice.
Para abordar este problema, Brivanlou, Siggia y Simunovic utilizaron un enfoque interdisciplinario para desarrollar un modelo 3D que simulaba un embrión humano de aproximadamente catorce días, la etapa de desarrollo durante la cual un hito clave del desarrollo embrionario llamado "gastrulación"tiene lugar.
"Combinamos varias técnicas - bioingeniería, física y biología del desarrollo - para crear este modelo", explica Simunovic, quien señala que esta investigación no hubiera sido posible sin la colaboración única y duradera entre los laboratorios Siggia y Brivanlou."Ahora tenemos un sistema 3D que imita no solo la huella genética del embrión, sino también su forma y tamaño".
Por supuesto, no es suficiente hacer un modelo que simplemente se ve como un embrión real: también debe actuar como tal. En consecuencia, los investigadores probaron si su sistema podría simular uno de los procesos más fundamentales en el desarrollo animal: un fenómeno conocido como ruptura de simetría.
Romper la simetría, progresar
En su etapa inicial, un embrión comprende una esfera simétrica de células. Luego, después de aproximadamente dos semanas, esta simetría comienza a desaparecer a medida que el embrión adquiere características distintas que se convertirán en varias partes del cuerpo.
"La ruptura de la simetría impulsa casi todo lo que sucede durante el desarrollo embrionario", dice Simunovic. "Nuestras cabezas no se parecen a nuestros pies, y eso es porque, en algún momento, el embrión se divide en dos partes, anterior y posterior".
Esta ruptura es, de hecho, la primera ruptura de simetría del eje del cuerpo que tiene lugar durante el desarrollo humano, y se produce justo después de la unión al útero. Si los investigadores pudieran inducir tal ruptura en su modelo, razonaron, entoncessabrían que su sistema emula con precisión un embrión real, al menos durante este período clave en el tiempo de desarrollo.
Con este fin, los investigadores expusieron su modelo a señales químicas que, en el embarazo, son liberadas por la placenta. A través de una serie de experimentos, descubrieron que la adición de un químico conocido como BMP4 provoca de manera confiable la ruptura de la simetría.
"Agregamos BMP4, y dos días después una parte del cultivo tridimensional se convirtió en el futuro posterior, y la parte opuesta se convirtió en el futuro anterior", dice Simunovic.
Este resultado tiene implicaciones más allá de dilucidar la química de un proceso de desarrollo en particular. Ahora que los científicos pueden modelar con éxito los eventos embrionarios en 3D, las extensiones de esta investigación pueden usarse en futuros estudios de complicaciones del embarazo, como el apego fallido.
"Alrededor del 50 al 75 por ciento de los embriones no se adhieren, lo que crea un gran cuello de botella para el embarazo", dice Simunovic. "No sabemos por qué es así, pero utilizando este modelo podemos descubrirlo".
Este sistema, señala Brivanlou, también podría usarse para estudiar enfermedades congénitas. "Podemos crear modelos embrionarios 3D de afecciones genéticas y seguir el proceso de desarrollo en tiempo real", dice. "Estos modelos finalmente pueden avanzar en la comprensión deuna amplia gama de enfermedades para las cuales actualmente no tenemos idea de dónde y cuándo las cosas comienzan a salir mal ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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