Un equipo de investigación dirigido por el profesor Jacob Hanna, en el Instituto Weizmann de Ciencias en Israel, creó modelos completos de embriones humanos a partir de células madre cultivadas en el laboratorio, y ha logrado cultivarlos fuera del útero hasta el día 14, es decir, sin espermas ni óvulos.
Como se informó este jueves 7 de septiembre en Nature, estos modelos de embriones sintéticos tenían todas las estructuras y compartimentos característicos de esta etapa, incluyendo la placenta, el saco vitelino, el saco coriónico y otros tejidos externos que aseguran el crecimiento dinámico y adecuado de los modelos.
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Los agregados celulares derivados de células madre humanas en estudios anteriores no podían considerarse modelos de embriones humanos realmente precisos, porque carecían de casi todas las características definitorias de un embrión postimplantación.
En particular, no pudieron contener varios tipos de células que son esenciales para el desarrollo del embrión. Tales como los que forman la placenta y el saco coriónico. Además, no tenían la organización estructural característica del embrión y no revelaron ninguna capacidad dinámica para progresar a la siguiente etapa de desarrollo.
ALGUNOS MISTERIOS DE LA CIENCIA
Dada su auténtica complejidad, los modelos de embriones humanos obtenidos por el grupo de Hanna pueden proporcionar una oportunidad sin precedentes para arrojar nueva luz sobre los misteriosos comienzos del embrión.
Poco se sabe sobre el embrión temprano porque es muy difícil de estudiar, tanto por razones éticas como técnicas, sin embargo, sus etapas iniciales son cruciales para su desarrollo futuro. Durante estas etapas, el grupo de células que se implanta en el útero el séptimo día de su existencia se convierte, en un plazo de tres a cuatro semanas, en un embrión bien estructurado que ya contiene todos los órganos del cuerpo.
“El drama está en el primer mes, los ocho meses restantes de embarazo son principalmente mucho crecimiento”, dice Hanna. “Pero ese primer mes sigue siendo en gran medida una caja negra. “Nuestro modelo de embrión humano derivado de células madre ofrece una forma ética y accesible de observar esta caja. Imita de cerca el desarrollo de un embrión humano real, en particular la aparición de su arquitectura exquisitamente fina”.
El equipo de Hanna se basó en su experiencia previa en la creación de modelos sintéticos de embriones de ratón basados en células madre. Al igual que en esa investigación, los científicos no hicieron uso de óvulos fertilizados ni de un útero.
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Más bien, comenzaron con células humanas conocidas como células madre pluripotentes, que tienen el potencial de diferenciarse en muchos, aunque no todos, tipos de células. Algunas se derivaron de células de la piel adulta que habían vuelto a “stemness”. Otros eran la progenie de líneas de células madre humanas que habían sido cultivadas durante años en el laboratorio.
Luego, los investigadores utilizaron el método recientemente desarrollado por Hanna para reprogramar las células madre pluripotentes con el tiempo para hacer avanzar el reloj: revertir estas células a un estado aún más temprano, conocido como el estado ingenuo, en el que son capaces de convertirse en cualquier cosa, es decir, especializarse en cualquier tipo de célula.
DIVISIÓN DE CÉLULAS
Esta etapa corresponde al día 7 del embrión humano natural, alrededor del momento en que se implanta en el útero. De hecho, el equipo de Hanna había sido el primero en comenzar a describir métodos para generar células madre humanas ingenuas, en 2013; continuaron mejorando estos métodos, que están en el corazón del proyecto actual, a lo largo de los años.
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Los científicos dividieron las células en tres grupos. Las células destinadas a convertirse en el embrión se dejaron como están. Las células de cada uno de los otros grupos fueron tratadas solo con productos químicos, sin necesidad de modificación genética, con el objetivo de activar ciertos genes, lo que estaba destinado a hacer que estas células se diferenciaran hacia uno de los tres tipos de tejido necesarios para sostener el embrión: la placenta, el saco vitelino o la membrana del mesodermo extraembrionaria que en última instancia crea el saco coriónico.
Poco después de ser mezcladas en condiciones optimizadas y desarrolladas específicamente, las células formaron grupos, alrededor del 1 por ciento de los cuales se autoorganizaron en estructuras completas similares a embriones. “Un embrión es autodirigido por definición. No necesitamos decirle qué hacer, solo debemos liberar su potencial codificado internamente”, dice Hanna. “Es fundamental mezclar los tipos correctos de células al principio, que solo se pueden derivar de células madre ingenuas que no tienen restricciones de desarrollo. Una vez que haces eso, el propio modelo parecido a un embrión dice: ‘¡Vete!’”
Las estructuras embrionarias basadas en células madre (lo que se llamaron SEM) se desarrollaron normalmente fuera del útero durante 8 días, alcanzando una etapa de desarrollo equivalente al día 14 en el desarrollo embrionario humano. Ese es el punto en el que los embriones naturales adquieren las estructuras internas que les permiten pasar a la siguiente etapa: el desarrollo de los progenitores de los órganos del cuerpo.
Publicado en cooperación con Newsweek en Español
