Al principio del desarrollo, cuando el embrión humano es apenas una pequeña bola de células, se dobla sobre sí mismo para formar una estructura de tres capas con un extremo delantero y otro trasero, llamada gástrula.

Este proceso se llama gastrulación, y las capas pasan a formar los diferentes tipos de tejido del cuerpo: el ectodermo da lugar al sistema nervioso, el mesodermo a los músculos y el endodermo al intestino.

Aunque se habían hecho estándares en 3D de este proceso utilizando células de ratones, estos poseen limitaciones para estudiar el desarrollo humano. Científicos de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, liderados por el español Alfonso Martínez Arias, han desarrollado un nuevo modelo del desarrollo embrionario temprano en nuestra especie.

Este nuevo sistema modelo permitirá investigar por primera vez en el laboratorio los procesos del desarrollo embrionario humano temprano, clave en la generación de defectos de nacimiento y enfermedades humanas.

“La gastrulación es el momento clave de la embriogénesis. Es cuando surge el organismo en sí, cuando se organizan las células con respecto a una serie de ejes virtuales que organizarán el desarrollo de tejidos y órganos”, explica Martínez Arias.

El equipo ha logrado generar estructuras tridimensionales, llamadas gastruloides, a partir de células madre de embriones humanos. Dicho modelo, publicado esta semana en la revista Nature, representa algunos elementos clave de un embrión de unos 18 a 21 días y permite observar los procesos que subyacen a la formación del cuerpo humano nunca antes observados.

Para los investigadores, un gastruloide de 3 días imita ciertas características clave de un embrión humano de 20 días. Así, sugieren que este modelo representa un primer paso hacia la modelización del cuerpo humano en 3D. “El conocimiento de estos procedimientos tiene el potencial de revelar las causas de los defectos de nacimiento y las enfermedades humanas, así como de crear pruebas para su detección en las mujeres embarazadas”.

“Este nuevo sistema modelo permitirá investigar por primera vez en el laboratorio los procesos del desarrollo embrionario humano temprano”, añade Naomi Moris, primera autora y experta de la Universidad de Cambridge.

Hallazgo pionero por las limitaciones éticas

Hasta ahora, la gastrulación se conocía como el período ‘caja negra’ del desarrollo humano, ya que las restricciones legales impiden el cultivo de embriones humanos en el laboratorio más allá del día 14 después de la fecundación, cuando comienza este proceso. Este límite moral –que no técnico– se estableció para que cayera en la etapa en que el embrión ya no puede formar un gemelo.

En los últimos años se han desarrollado varias técnicas para producir modelos similares a los embriones a partir de células madre animales y humanas. Esto ha llevado a los investigadores a pedir directrices específicas para proporcionar una supervisión ética más clara de este campo en rápido desarrollo. De momento, la legislación al respecto varía enormemente en los diferentes países.

Hasta ahora, la gastrulación se conocía como el período caja negra del desarrollo humano, ya que las restricciones legales impiden el cultivo de embriones humanos cuando comienza este proceso

“Nuestro trabajo permite estudiar de forma ética esta importante fase del desarrollo en humanos”, afirma Martínez Arias. “Hemos encontrado una manera de recapitular los elementos fundamentales de la gastrulación en nuestra especie, abriendo la posibilidad de analizar el momento en el que tienen su origen muchas enfermedades”.

Así, muchos defectos de nacimiento se originan durante este corto período, con causas que van desde la ingesta o exposición al alcohol, medicamentos, productos químicos e infecciones. Por eso, los autores subrayan que entender la gastrulación humana también podría arrojar luz sobre la infertilidad, el aborto espontáneo y los trastornos genéticos.

 Desarrollar mejores modelos de desarrollo humano

Los organismos modelo, incluyendo ratones y peces cebra, han permitido previamente a los científicos obtener algunos conocimientos sobre la gastrulación humana. Sin embargo, estos modelos pueden comportarse de manera diferente a los embriones humanos cuando las células comienzan a diferenciarse.

Los modelos animales pueden comportarse de manera diferente a los embriones humanos cuando las células comienzan a diferenciarse, como ocurrió con la talidomida.

Un ejemplo es la talidomida, utilizada para el tratamiento de las náuseas en embarazadas. El fármaco pasó los ensayos clínicos tras ser probado en ratones, pero posteriormente provocó graves defectos de nacimiento en bebés. “Por esta razón es importante desarrollar mejores modelos de desarrollo humano”, subrayan los autores.

Los gastruloides no tienen el potencial de desarrollarse en un embrión completamente formado. No tienen células cerebrales ni ninguno de los tejidos necesarios para implantarse en el útero. Esto significa que nunca podrían pasar de las primeras etapas de desarrollo y, por lo tanto, se ajustan a las normas éticas actuales.

junio 24/2020 (SINC)

Referencia:

Moris, N. et al.; An in vitro model for anteroposterior organisation during human development. Nature, June 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2383-9

El equipo de investigadores que dirige Magdalena Zernicka-Goetz en la Universidad de Cambridge ha desarrollado por primera vez una estructura tridimensional que emula a un embrión para poder estudiar su evolución en el laboratorio. Este pseudoembrión o embrionoide, creado a partir de células madre embrionarias de ratón, servirá para estudiar In vitro la embriogénesis.

La técnica empleada, cuyos detalles se exponen en Science, podría aportar nuevos datos sobre las causas por las que más de dos de cada tres embarazos fracasan en las primeras fases del desarrollo embrionario.

Es la primera vez que se consigue reproducir en cultivo la forma en la que crecen los embriones de manera natural In vivo. Ya se había intentado en ocasiones anteriores, sin éxito. El porqué de esos experimentos fallidos, pensaron estos científicos, podría estar en que las células madre embrionarias no se organizan In vitro como lo hacen In vivo al faltarles una estructura de soporte.

Así que los investigadores, entre ellos, Sarah Harrison, la primera firmante del estudio, optaron por emplear una matriz extracelular con células madre del trofoblasto para imitar con mayor fidelidad las condiciones del crecimiento embrionario. Con estas condiciones de cultivo, las células embrionarias pluripontentes y las células madre de trofoblasto crecieron y se diferenciaron en una estructura cilíndrica alargada similar a la observada en los embriones de ratón después de la implantación.

Sobre la base trabajos previos de este grupo, así como en una serie de nuevos experimentos descritos en este último estudio, los científicos identificaron una serie de marcadores y vías de señalización -incluyendo la secuencia de estos pasos- que permitieron el autoensamblaje de las células madre embrionarias de ratón cultivadas con las de trofoblasto, que dieron lugar a la estructura en desarrollo, muy similar al embrión natural.

«Sabíamos que las interacciones entre los diferentes tipos de células madre son importantes para el desarrollo, pero lo llamativo de este trabajo es que ilustra que hay una colaboración real por la que estas células se guían entre ellas. Sin esa colaboración, no se produce de forma adecuada el desarrollo correcto de la forma y la estructura, ni tampoco surgen los mecanismos biológicos claves en el momento oportuno», dice Zernicka-Goetz.

El embrionoide, al igual que otros organoides desarrollados, tiene como fin el estudio en el laboratorio. Es muy improbable, aseguran estos científicos, que llegara a evolucionar a un feto sano. Para ello, tendría que participar una tercera célula madre, del saco vitelino, y además habría que perfeccionar este proceso para que se pudiera alcanzar también un desarrollo correcto de la placenta.

Zernicka-Goetz desarrolló recientemente una técnica que permitía cultivar el blastocisto más allá de los trece días desde al fecundación, prolongando por primera vez la fase de preimplantación en el laboratorio. Con este avance, que ahora se publica en Science, la científica opina que se podría superar una de las limitaciones de la investigación en la embriogénesis: la disponibilidad de embriones, que ahora se obtienen de los excedentes de las clínicas de fecundación In vitro.

«Creemos que es posible imitar muchos de los pasos que se produce en el desarrollo embrionario antes de los catorce días de vida, aplicando esta técnica que hemos desarrollado con ratones en células madre embrionarias y extraembrionarias humanas. Saber cómo se produce el desarrollo normal nos permitirá entender por qué tan a menudo falla», apunta la científica.
marzo 6/2017 (diariomedico.com)