Las primeras etapas del embrión son cruciales para su desarrollo, pero difíciles de estudiar por razones éticas y técnicas. Científicos han logrado ahora crear modelos completos de embriones humanos a partir de células madre cultivadas en el laboratorio y hacerlos crecer fuera del útero hasta el día 14 de vida.

Detrás de esta investigación está el científico palestino Jacob Hanna, del Instituto Weizmann de Ciencias (Israel), quien el pasado junio ya dio a conocer esta investigación en un artículo publicado en un repositorio científico (bioRxiv), sin la revisión de otros investigadores. Este miércoles sus resultados aparecen en la revista científica Nature.

El equipo -que no es el único que ha avanzado en este campo- se apoyó en su experiencia previa en la creación de modelos sintéticos de embriones de ratón basados en células madre. Como en aquella ocasión, esta vez no utilizó óvulos fecundados ni un útero, sino células madre pluripotentes -con capacidad de poder generar cualquier tipo celular-.

Embriones completos

Los embriones sintéticos tenían todas las estructuras y compartimentos característicos de las primeras semanas, incluida la placenta, el saco vitelino, el saco coriónico y otros tejidos externos que aseguraron el crecimiento dinámico y adecuado de los modelos.

Se parecen estructuralmente a los embriones naturales, aunque no son idénticos, resumen los autores en su artículo.

«Dada su auténtica complejidad, los modelos de embrión humano obtenidos pueden brindar una oportunidad sin precedentes para arrojar nueva luz sobre los misteriosos inicios del embrión», así como sobre los fallos tempranos del embarazo señala un comunicado del Weizmann.

«Un embrión es autodirigido por definición, no necesitamos decirle lo que tiene que hacer, solo debemos liberar su potencial codificado internamente», afirma Hanna, para quien «es fundamental mezclar los tipos de células adecuados al principio, que solo pueden derivarse de células madre naive (estado en el que son capaces de especializarse en cualquier tipo de célula). Una vez hecho esto, el propio modelo embrionario dice: ¡adelante!”, señala.

Polémica científica

Estos desarrollos permitirán investigar unas etapas del desarrollo temprano de embriones humanos hasta ahora muy difícil de estudiar. «Naturalmente, estos avances suscitan interés y preocupación por igual, por los aspectos éticos y legales que los acompañan».

También habrá que establecer qué condición o estatus tienen estos embriones y si deberían equipararse a los naturales. «La biología debería darnos la respuesta», según Montoliu.

Además de Hanna hay otros equipos trabajando en este campo en una «competición científica» con polémica incluida sobre quién se ha adelantado a quién y sobre si los resultados se han anunciado o no siguiendo el protocolo científico (publicación en una revista).

Referencia

Oldak B, Wildschutz, E, Bondarenko V, Yunus Comar M, Zhao CH, Aguilera Castrejon A, et al. Complete human day 14 post-implantation embryo models from naïve ES cells. Nature. 2023, https://doi.org/10.1038/s41586-023-06604-5

Fuente: (DW.com) Tomado- Ciencia

En su trabajo, publicado en la revista Nature Materials, los científicos han inyectado el chip en el interior de un óvulo de ratón junto con un espermatozoide para estudiar las etapas iniciales de la fertilización. El dispositivo, que funciona como sensor mecánico, mide apenas 22 por 10,5 micrómetros, tiene un grosor de 25 nanómetros y una longitud 3 veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano.

Con el chip dentro, los científicos han podido medir las fuerzas que reorganizan el interior del óvulo, es decir, su citoplasma, desde que se introduce el espermatozoide hasta que se divide en dos células. Haciendo un símil con el baile, el embrión realiza una coreografía de movimientos durante su desarrollo y hemos visto que no solo el movimiento es importante sino también la intensidad del mismo, comenta el líder del trabajo.

José Antonio Plaza, que dirige el Grupo de Micro y Nanoherramientas en el IMB-CNM-CSIC, explica. Nosotros vemos a través de microscopia óptica cómo el chip se dobla en el interior de la célula. Dado que conocemos perfectamente qué fuerza hay que aplicar para que se doble el dispositivo de una determinada manera, y lo hemos modelizado, visualizar la curvatura nos permite inferir qué fuerzas mecánicas se están dando en el interior de la célula, añade Plaza.

La investigación es novedosa porque la detección de estas fuerzas se ha realizado de manera directa, esto es, desde el interior del embrión y a lo largo de todo el proceso inicial de fertilización. Casi todos los trabajos realizados hasta la fecha usan herramientas externas, obteniendo una medida indirecta y si lo hacen desde el interior es de una forma muy local y no describen la reorganización del citoplasma, apuntan los autores.

Así, los científicos han hecho una medida preliminar de las fuerzas que se obtienen en la reprogramación del ADN del espermatozoide, algo que sucede justo tras la inyección del espermatozoide. Aunque es muy difícil de comparar, hemos visto que estas fuerzas son mayores que las que otros grupos han medido en células musculares, señala el investigador del CSIC.

También se ha observado que el efecto de la membrana del embrión, que es más rígida que su interior, es la responsable de que los pronúcleos (núcleos que transportan el material genético de la hembra y del macho) converjan en el centro del embrión para fusionarse. Durante la fusión, no se han detectado fuerzas. Esto podría ser así, dicen los científicos, porque de esa forma se facilita la reorganización de los cromosomas.

La siguiente etapa es la división de la primera célula en dos. Aquí, los científicos han visto cambios en la rigidez del citoplasma. En este momento, nuestros chips revelan que el citoplasma se hace más rígido, hecho que facilitaría la transmisión de las fuerzas dentro del embrión para conseguir elongarse, afirma Plaza. Esta elongación es necesaria para la posterior división en dos células. Después, en el momento en que la célula se divide en dos, el citoplasma es menos rígido, posiblemente para facilitar la división.

mayo 27/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

 La tecnología ha puesto al alcance por primera vez la posibilidad de corregir el genoma humano en la línea germinal, es decir, en el ADN que se transmite a las siguientes generaciones. La posible aplicación a la medicina de estas técnicas da ahora un paso clave para un tipo importante de enfermedades hereditarias, las mitocondriales, que solo transmite la madre.

Los investigadores han probado en ratones que es posible destruir selectivamente las mitocondrias enfermas en óvulos o embriones tempranos, y ya colaboran con clínicas de fertilidad para probar la seguridad del método en humanos.

La inmensa mayoría de los 20 mil  genes humanos se encuentran en el núcleo de cada célula, pero hay unos 50 que no están en el núcleo, sino en las mitocondrias, las factorías energéticas de la célula. En la fecundación, el óvulo y el espermatozoide aportan sus genes nucleares a partes iguales, pero las mitocondrias las pone solo el óvulo: de ahí que los genes mitocondriales se transmitan solo por línea materna. Cuando alguno de esos genes es erróneo, resultan enfermedades genéticas, también transmitidas solo por la madre.

Aunque estas enfermedades mitocondriales son una minoría de las dolencias hereditarias, resultan en condiciones muy graves, con fallos catastróficos en los órganos y tejidos que más energía necesitan, como el cerebro, el corazón y el hígado. Incluyen varios tipos de demencia y neurodegeneración, diabetes, infarto, disfunción hepática, pérdida de visión y sordera, todas ellas sin cura. Poder corregirlas en el óvulo o poco después de la fecundación libraría a los hijos (no solo a las hijas) de esas taras, y también a toda su descendencia futura.

El equipo de Juan Carlos Izpisúa en el Instituto Salk de California, junto a científicos de Miami, Kobe, Urbana, Barcelona y Pekín, y en colaboración con varios hospitales españoles, han logrado aplicar las modernas técnicas de edición genómica para impedir el paso de mutaciones mitocondriales a la descendencia. Lo han hecho en ratones modelo, pero usando varias de las mutaciones mitocondriales humanas más relevantes.

Publican los resultados en la revistaCell.

“La técnica”, explica Izpisúa, “se basa en una única inyección de material genético (ARN) en el óvulo o en el embrión temprano, y por tanto podría realizarse fácilmente en las clínicas de fertilidad de todo el mundo”. Por supuesto, faltan varios cambios legales y comprobaciones de la seguridad del método para llegar a ese punto. Pero la técnica se puede considerar ya a punto para dar ese salto.

La edición genómica también es prometedora para la mayoría de las enfermedades hereditarias –las del genoma nuclear—, pero Izpisúa cree que las taras mitocondriales pueden erigirse en la avanzadilla. La principal razón, explica, es que no hay buenas alternativas para ello. El Reino Unido ha aprobado hace solo unos meses una estrategia alternativa –los llamados hijos de tres padres —, pero en ese caso hay que combinar genes de tres individuos, lo que puede generar problemas de compatibilidad, tal como indican algunas evidencias en ratonas.

La técnica del Salk no requiere donaciones de óvulos. Simplemente, dirige un sistema de enzimas que cortan el ADN (endonucleasas) específicamente contra los genes mitocondriales mutantes.

Las enfermedades mitocondriales tienen una peculiaridad importante. Una célula tiene solo un genoma nuclear, pero muchos genomas mitocondriales (de 100 a 100 mil ), y lo más común es que algunos sean normales y otros mutantes. Que la enfermedad se manifieste depende de que el porcentaje de mitocondrias mutantes alcance un valor crítico. Las endonucleasas atacan solo a las mitocondrias mutantes, y ello permite a las sanas imponerse  al peso, aunque algunas mitocondrias mutantes persistan por allí.

Los científicos han comprobado la eficacia de la técnica en óvulos de ratón que contenían las mutaciones mitocondriales humanas responsables de la neuropatía hereditaria de Leber, distonía (LHOND), debilidad muscular neurogénica, ataxia y retinitis pigmentosa. Todas son enfermedades raras sin cura actual.

Antes de que empiecen los ensayos clínicos es preciso evaluar la seguridad del método en óvulos de pacientes con enfermedades mitocondriales. Izpisúa está en contacto con clínicas de fertilidad para conseguir ese material.

El futuro se nos ha echado encima.

abril 23/ 2015  (Herencia Genética y Enfermedad)

Este descubrimiento podría ayudar a mejorar el tratamiento de la  infertilidad o el desarrollo de nuevos contraceptivos, estiman los científicos.

Para que se produzca la fecundación, es necesario que el óvulo y el  espermatozoide se amarren uno a otro.

Este reconocimiento recíproco y su capacidad para unirse uno a otro, primer  paso hacia su fusión y la formación del embrión, dependen de la presencia de  proteínas y de su interacción.

Unos científicos japoneses descubrieron en 2005 la proteína en juego en el  espermatozoide, bautizada Izumo (alusión a un santuario japonés que celebra el  matrimonio), pero su atractivo para el óvulo era un misterio, que acaba de  resolverse.

En efecto, científicos del Wellcome Trust Sanger (Gran Bretaña) señalan el  descubrimiento de la proteína situada en la membrana del óvulo, que han llamado  Junon (Juno en inglés), nombre de la diosa de la fertilidad.

Los ratones machos, cuyo esperma no contiene Izumo, son infértiles.

Las hembras desprovistas de la proteína receptora Junon también son  estériles porque sus óvulos deficientes son incapaces de fusionar con esperma  normal para formar un huevo, según el estudio de Gavin Wright y sus colegas.

Las observaciones indican que la interacción entre Junon e Izumo es  esencial para la fecundación normal en los mamíferos.

Los científicos sugieren además que la proteína Junon, que desaparece  rápidamente después del engarce, tiene un papel en el bloqueo que previene la  fusión con un espermatozoide suplementario.

Izumo ha resultado ser una buena candidata para el desarrollo de una vacuna contraceptiva, según el especialista Paul Wassarman, de la Mount Sinai Medical  School de Nueva York, en un editorial de la revista.

Pero añade que el conocimiento detallado de la estructura en tres  dimensiones del complejo formado por Junon e Izumo facilitaría la puesta a  punto, con fines contraceptivos, de pequeñas moléculas susceptibles de impedir  su unión.
abril 17/2014  (AFP) –

Bianchi E, Doe B, Goulding D, Wright GJ.Juno is the egg Izumo receptor and is essential for mammalian fertilization.Nature. 2014 Abr 16.

Tomado del boletín de selección temática de Prensa Latina: Copyright 2013 “Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.”