Creado con células madre, este nuevo sistema abre una vía para estudiar la gastrulación, un proceso crucial en el desarrollo. Además, puede ayudar a estudiar los efectos del medio ambiente y los fármacos en el desarrollo embrionario, así como a identificar el origen de muchas enfermedades humanas.
Un equipo internacional de científicos ha desarrollado, en el laboratorio, el primer modelo hecho de células madre para estudiar la gastrulación en primates.
El estudio ha sido dirigido por el Centro de Excelencia en Ciencia del Cerebro y Tecnología de la Inteligencia de la Academia China de Ciencias (CAS) en Shanghái (República Popular China) y la Universidad Pompeu Fabra.
El modelo, desarrollado con células madre pluripotentes de mono, forma primero un blastocisto que luego se somete a gastrulación y genera los precursores de los distintos órganos y tejidos del cuerpo.
Aunque el uso de este modelo implica una menor carga ética en comparación con los modelos humanos, ya que está hecho a partir de células de primates no humanos, podría ser un indicador del origen de las enfermedades humanas y de los efectos del medio ambiente y los fármacos en el desarrollo embrionario.
Lewis Wolpert bromeó diciendo que el momento más importante de nuestras vidas no es nuestra boda, nuestro nacimiento o nuestra muerte, sino la gastrulación. Es el proceso que transforma la masa de células resultante de la fecundación de un óvulo en el esbozo de un organismo; el origen de lo que se convertirá en un organismo.
En los seres humanos, el proceso comienza en el día 14 del desarrollo y, como tiene lugar en la parte más profunda del útero, es inaccesible para la observación y la experimentación.
Las razones no son solo la dificultad de acceder a los embriones en estas primeras etapas, sino también las barreras éticas y normativas que impiden que los embriones humanos se cultiven en el laboratorio más allá del día 14.
Sin embargo, se trata de un momento crítico en la formación de tejidos y órganos, y los estudios médicos sugieren que muchas patologías tienen su origen en los mecanismos que subyacen a este proceso.
Hoy, el laboratorio de Zhen Liu en la CAS, en colaboración con Alfonso Martínez Arias, del departamento de Medicina y Ciencias de la Vida de la UPF, publica en la revista Nature un modelo de gastrulación de primates organizado en el laboratorio a partir de células madre de mono.
Para ello, primero ensamblaron las células en un blastodermo —una estructura celular cultivada en laboratorio que imita la organización del blastocisto— que luego se transformó en una estructura que imita el epiblasto, el sustrato celular para la gastrulación.
A lo largo de una semana, la estructura se sometió a la gastrulación, que generó los precursores de los diferentes órganos y tejidos en relación con un sistema de coordenadas que surge durante el proceso.
"Existen descripciones meticulosas de la gastrulación en embriones de mono que, en comparación, garantizan que nuestro modelo refleje con precisión lo que ocurre en el embrión", explica Zhen Liu (CAS).
"Queríamos asegurarnos de tener un modelo fiable, lo cual es inusual cuando se trabaja con réplicas de embriones basadas en células madre", añade Alfonso Martínez Arias (UPF).
Dado que el modelo se ha creado con células de mono, lo que supone una menor carga ética que las células humanas, los autores también pudieron introducir mutaciones en genes del desarrollo y evaluar sus consecuencias para la formación del plano corporal. Así, por primera vez, manipularon experimentalmente un modelo de embrión de primate.
Con nuestro modelo, hemos demostrado que se pueden introducir y analizar mutaciones asociadas a algunas enfermedades descritas anteriormente
"Con nuestro modelo, hemos demostrado que se pueden introducir y analizar mutaciones asociadas a algunas enfermedades descritas anteriormente, así como estudiar los efectos de los fármacos en el desarrollo embrionario", afirma Liu.
Según Martínez Arias, "múltiples estudios en embriología médica y teratología nos han demostrado que muchas enfermedades tienen su origen durante la gastrulación. Por ejemplo, sabemos que algunos defectos cardíacos se deben a una mala especificación de los primordios durante la gastrulación".
Y añade: "Con este modelo, ahora podemos reproducir enfermedades para estudiarlas en detalle e intentar comprenderlas mejor".
Con este modelo, ahora podemos reproducir enfermedades para estudiarlas en detalle e intentar comprenderlas mejor
Por lo tanto, este trabajo abre la posibilidad de utilizar este modelo como indicador del origen de las enfermedades humanas, así como de estudiar los efectos del medio ambiente y los fármacos en el desarrollo embrionario. Un esfuerzo que allana el camino para realizar estudios similares con células humanas.
Durante los últimos diez años, las células madre pluripotentes se han utilizado para crear modelos de las primeras etapas del desarrollo de los mamíferos. Estos modelos ofrecen la posibilidad de aprender sobre el origen del desarrollo normal y anormal.
Por ejemplo, los blastoides imitan la organización del blastocisto, la estructura a partir de la cual se desarrollará el embrión después de la implantación al útero, y se utilizan para estudiar fenómenos asociados en el desarrollo temprano y a la implantación en ratones, monos y humanos.
El trabajo con células de ratón ha podido recapitular la gastrulación in vitro y la emergencia del cuerpo, y ha dado lugar a estructuras que, en algunos casos, imitan casi el embrión.
Estos estudios han planteado la posibilidad de hacer el mismo con células humanas y, así, acceder a la gastrulación humana.
Sin embargo, a pesar de los esfuerzos de muchos laboratorios, los intentos similares con células humanas no han tenido éxito. En el mejor de los casos, los modelos actuales llegan a las etapas iniciales de la gastrulación, pero no progresan más allá.
Referencia:
L Liu, Z. et al. "Modelling late gastrulation in stem cell-derived monkey embryo models". Nature.
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