Primeros embriones de ratón sintéticos creados sin esperma, óvulo o útero

Por primera vez, los investigadores crearon embriones de ratón sin usar óvulos ni esperma y observaron cómo se desarrollaban fuera del útero. Para lograr este avance, el equipo utilizó únicamente células madre y un dispositivo giratorio para simular el flujo de sangre y nutrientes a la placenta. Este es un hito importante en nuestra comprensión de cómo se desarrollan los embriones.

Desde la década de 1980, los biólogos del desarrollo han buscado comprender cómo las células terminan convirtiéndose en tejidos especializados. Durante la última década, los científicos han aprendido lo suficiente sobre las señales que dirigen a las células madre a lo largo de estas vías de diferenciación para poder reconstruirlas en elementos similares a órganos (organoides), óvulos recién fertilizados (blastoides) e incluso células embriones (embrioides).

Sin embargo, hasta ahora, todas estas estructuras solo podían crecer durante un corto período de tiempo. Para durar, necesitaban un útero que apoyara su desarrollo posterior, o mejor aún, una aproximación artificial del mismo.

útero mecánico

Jacob Hanna, un biólogo de células madre embrionarias del Instituto Weizmann de Ciencias, Israel, pasó siete años diseñando un sistema tubular de viales de vidrio giratorios alojados en una incubadora en un intento de imitar el funcionamiento de un útero tanto como sea posible para analizar el desarrollo de embriones de ratón.

En el dispositivo, los embriones flotan en pequeños vasos de precipitados con una solución llena de nutrientes encerrados en un cilindro giratorio que los mantiene en constante movimiento. Este movimiento simula el flujo de sangre y nutrientes a la placenta. El dispositivo también reproduce la presión atmosférica del útero de un ratón.

En un experimento anterior, descrito el año pasado en la revista Nature, su equipo logró cultivar embriones naturales ratones en un biorreactor especialmente diseñado para servir como matriz artificial para el desarrollo del embrión. Estos últimos solo habían alcanzado el undécimo día de su desarrollo dentro del dispositivo, pero este estudio había demostrado que los embriones de mamíferos sí podían crecer fuera del útero.

Después de su éxito inicial con embriones naturales, los investigadores querían intentar cultivar embriones producidos en el laboratorio en su útero mecánico.

Primer cultivo de embriones artificiales ex-utero

Para este trabajo, descrito en la revista Cell, los investigadores aplicaron un tratamiento químico a células madre de ratón para “restablecerlas” a un estado primario desde el cual pudieran transformarse en cualquier tipo de célula.

En una fracción de estas células, el equipo aplicó tratamientos adicionales para activar los genes necesarios para la fabricación de la placenta. En un tercer grupo, los investigadores aplicaron tratamientos para activar los genes necesarios para hacer el saco vitelino. ” Le dimos a estos dos grupos de células un impulso transitorio para dar lugar a tejidos extraembrionarios que sostienen al embrión en desarrollo.“, resume Jacob Hanna en un comunicado de prensa.

Luego, los científicos colocaron estos tres grupos de células madre en su útero artificial, dentro del cual se mezclaron entre sí. Muy rápidamente, las células se juntaron para formar más de 10 000 grupos. Solo unos cincuenta de ellos, sin embargo, continuaron desarrollándose en estructuras similares a embriones durante 8,5 días.

Durante estos 8,5 días (aproximadamente la mitad de un embarazo de ratón), los embriones esféricos se estiraron y se volvieron cilíndricos como cabría esperar de los embriones naturales. los comienzos de sistema nervioso central comenzó a emerger el día 6 y rápidamente se convirtió en un pequeño cerebro arrugado. Dos días después, los embriones también se habían desarrollado. tracto intestinal y pequeños corazones latiendo.

embriones de ratón
Desarrollo de modelos de embriones sintéticos desde el día 1 (arriba a la izquierda) hasta el día 8 (abajo a la derecha). Créditos: Instituto Weizmann

¿Qué promete para el futuro?

En experimentos de seguimiento, los investigadores planean estudiar las señales químicas que hacen que las células embrionarias se conviertan en un tipo de tejido en lugar de otro. ¿Qué impulsa a algunas células madre a unirse para formar el tubo neural, mientras que otras eventualmente se diferencian en células responsables de revestir los intestinos?

Nuestro próximo desafío es comprender cómo las células madre saben qué hacer, cómo se ensamblan a sí mismas en órganos y encuentran el camino a sus ubicaciones asignadas dentro de un embrión.“, resume el investigador.

Este trabajo futuro podría ayudar a los investigadores a comprender cómo ciertas mutaciones conducen a diversas enfermedades del desarrollo. Además de servir como modelo de investigación, el útero artificial también podría algún día servir como incubadora de células, tejidos y órganos cultivados para procedimientos de trasplante.

Finalmente, este trabajo también plantea preguntas profundas sobre si otros animales, incluidos los humanos, algún día podrían crecer a partir de células madre en el laboratorio.