Los científicos han replicado el proceso natural del desarrollo embrionario de los mamíferos en el laboratorio hasta el punto del desarrollo del cerebro y el corazón. Usando células madre, los investigadores crearon embriones de ratón sintéticos fuera del útero que recapitularon el proceso natural de desarrollo en el útero hasta el día 8.5. Este es un hito en la biología sintética. En el futuro, esto guiará los estudios sobre embriones humanos sintéticos, que a su vez podría marcar el comienzo del desarrollo y la producción de órganos sintéticos para pacientes en espera de trasplantes.
Un embrión generalmente se entiende como una etapa de desarrollo intermedia en un fenómeno natural secuencial de reproducción iniciado por el espermatozoide que se encuentra con un óvulo para formar un cigoto, que se divide para convertirse en un embrión, seguido posteriormente por el desarrollo de un feto y un recién nacido al finalizar la gestación.
Avances en células embrionarias transferencia nuclear vio el caso de saltarse el paso de la fertilización de un óvulo por el espermatozoide. En 1984, se creó un embrión a partir de un óvulo en el que se eliminó su núcleo haploide original y se reemplazó por el núcleo de una célula embrionaria donante que se desarrolló con éxito en un sustituto para dar a luz a la primera cría de oveja clonada. Con la perfección de la Transferencia Nuclear de Células Somáticas (SCNT), la oveja Dolly fue creada en 1996 a partir de una célula adulta madura. Este fue el primer caso de clonación de un mamífero a partir de una célula adulta. El caso de Dolly también abrió la posibilidad de desarrollar células madre personalizadas. En ambos casos, no se usó esperma, sin embargo, fue el óvulo (con el núcleo reemplazado) el que creció para convertirse en embrión. Entonces, como tales, estos embriones aún eran naturales.
¿Se podrían crear embriones sin la participación de ni siquiera un óvulo? Si es así, dichos embriones serían sintéticos en la medida en que no se utilizarían gametos (células sexuales). En estos días, dichos embriones (o 'similares a embriones' o embrioides) se crean rutinariamente utilizando células madre embrionarias (ESC) y se cultivan in vitro en el laboratorio.
Entre los mamíferos, los ratones tardan un período relativamente corto (19-21 días) en procrear, lo que hace que el embrión de ratón sea un modelo de estudio conveniente. Del total, el período previo a la implantación es de aproximadamente 4-5 días, mientras que los 15 días restantes (alrededor del 75% del total) son posteriores a la implantación. Para el desarrollo posterior a la implantación, el embrión debe implantarse dentro del útero, lo que lo hace inaccesible para la observación externa. Esta dependencia del útero materno impone una barrera en la investigación.
El año 2017 fue significativo en la historia del cultivo de embriones de mamíferos. Los esfuerzos para crear embriones de ratón sintéticos se vieron impulsados cuando los investigadores demostraron claramente que las células madre embrionarias tienen la capacidad de autoensamblarse y autoorganizarse in vitro para dar lugar a estructuras parecidas a embriones que se parecían a los embriones naturales en formas importantes1,2. Sin embargo, existían limitaciones derivadas de uterino barreras Es rutinario cultivar el embrión antes de la implantación. in vitro pero no se disponía de ninguna plataforma robusta para el cultivo ex-utero de embriones de ratón posteriores a la implantación (desde las etapas del cilindro del huevo hasta la organogénesis avanzada). Un gran avance para abordar esto se produjo el año pasado en 2021 cuando un equipo de investigación presentó una plataforma de cultivo que era eficaz para el desarrollo posterior a la implantación de embriones de ratón fuera del útero materno. Se descubrió que un embrión cultivado en esta plataforma ex utero recapitula con precisión ien el útero Desarrollo3. Este desarrollo superó las barreras uterinas y permitió a los investigadores comprender mejor la morfogénesis posterior a la implantación y, por lo tanto, ayudó a que el proyecto de embriones sintéticos llegara a una etapa avanzada.
Ahora, dos grupos de investigación han informado que el embrión de ratón sintético crece durante 8.5 días, el tiempo más largo hasta el momento. Esto fue suficiente para distinguir órganos (como el corazón que late, el tubo intestinal, el pliegue neural, etc.) que se hayan desarrollado. Este último progreso es realmente notable.
Como se informó en Cell el 1 de agosto de 2022, el equipo de investigación generó embriones sintéticos de ratón utilizando solo células madre embrionarias (ESC) ingenuas fuera del útero materno. Co-agregaron las células madre y las procesaron utilizando la plataforma de cultivo desarrollada recientemente durante períodos prolongados. ex-útero crecimiento para obtener un embrión completo sintético post-gastrulación con compartimentos embrionarios y extraembrionarios. El embrión sintético logró satisfactoriamente hitos para la etapa de 8.5 días de embriones de ratón. Este estudio destaca la capacidad de las células pluripotentes ingenuas para autoensamblarse y autoorganizarse y modelar todo el embrión de mamífero más allá de la gastrulación.4.
En el estudio más reciente publicado en Nature el 25 de agosto de 2022, los investigadores también utilizaron células madre extraembrionarias para ampliar el potencial de desarrollo de las células madre embrionarias (ESC). Ensamblaron embriones sintéticos in vitro utilizando células ESC, TSC y iXEN de ratón que recapitularon el desarrollo embrionario completo natural del ratón en el útero hasta el día 8.5. Este embrión sintético tenía regiones definidas del prosencéfalo y el mesencéfalo, una estructura similar a un corazón palpitante, un tronco que comprende un tubo neural, una yema de la cola que contiene progenitores neuromesodérmicos, un tubo intestinal y células germinales primordiales. Todo estaba dentro de un saco extraembrionario.5. Por lo tanto, en este estudio, la organogénesis fue más avanzada y notable en comparación con el estudio informado en Cell el 1 de agosto de 2022. Quizás, el uso de dos tipos de células madre extraembrionarias mejoró el potencial de desarrollo de las células madre embrionarias en este estudio. Curiosamente, en el estudio anterior solo se utilizaron células madre embrionarias (ESC) ingenuas.
Estos logros son verdaderamente notables, ya que este es el punto más lejano hasta ahora en los estudios sobre embriones de mamíferos sintéticos. La capacidad de crear un cerebro de mamífero ha sido un objetivo importante de la biología sintética. Recrear el proceso natural del desarrollo embrionario posterior a la implantación en el laboratorio supera la barrera uterina y hace posible que los investigadores estudien las primeras etapas de la vida que normalmente están ocultas en el útero.
A pesar de las cuestiones éticas, los logros en los estudios sobre embriones sintéticos de ratón guiarán los estudios sobre embriones sintéticos humanos en un futuro próximo, lo que podría marcar el comienzo del desarrollo y la producción de órganos sintéticos para pacientes que esperan trasplantes.
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Referencias:
- Harrison SE et al 2017. Montaje de células madre embrionarias y extraembrionarias para imitar la embriogénesis in vitro. CIENCIAS. 2 de marzo de 2017. Vol 356, Número 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. Embriones sintéticos: Ventanas al desarrollo de mamíferos. Célula Célula madre. Volumen 20, Número 5, 4 de mayo de 2017, páginas 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- Aguilera-Castrejón, A., et al. 2021. Embriogénesis de ratón ex utero desde la pregastrulación hasta la organogénesis tardía. Naturaleza 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- Tarazi S., y otros 2022. Embriones sintéticos posteriores a la gastrulación generados ex utero a partir de ESC de ratón ingenuos. Célula. Publicado: 01 de agosto de 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- Amadeo, G., et al 2022. Embriones sintéticos gastrulación completa a neurulación y organogénesis. Publicado: 25 de agosto de 2022. Naturaleza. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
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