Embriones humanos cultivados a partir de células madre arrojan luz sobre los primeros momentos del desarrollo

Un equipo de investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias, en Israel, ha creado modelos completos de embriones humanos a partir de células madre cultivadas en un laboratorio: logró cultivarlos fuera del útero hasta el día 14, que marca un límite frente a posibles inconvenientes legales y éticos. 

Estos modelos de embriones sintéticos producen todas las estructuras y compartimentos característicos de esta etapa del desarrollo humano, incluyendo placenta, saco vitelino, saco coriónico y otros tejidos externos, los cuales aseguran el crecimiento dinámico y adecuado de los modelos. El nuevo estudio ha sido publicado recientemente en la revista Nature.

Un paso adelante

Según una nota de prensa, aunque otros estudios previos ya habían logrado desarrollar embriones sintéticos hasta el día 14, los científicos liderados por el Prof. Jacob Hanna han alcanzado en este caso algunos avances concretos: por ejemplo, de acuerdo a la visión de este equipo los intentos anteriores carecían de casi todas las características definitorias de un embrión luego de su implantación en el útero. 

Específicamente, no estaban dotados de varios tipos de células que son esenciales para el desarrollo del embrión humano, como aquellas que forman la placenta y el saco coriónico. Al mismo tiempo, no contaban con la organización estructural característica del embrión y no mostraban la capacidad dinámica para avanzar a la siguiente etapa de desarrollo.

De acuerdo a lo informado por el Instituto Weizmann de Ciencias, los nuevos embriones humanos sintéticos alcanzan todas estas características, lo que sugiere que podrían continuar su desarrollo de no aplicarse el famoso “límite del día 14”. Sin embargo, lo más importante de esta investigación es que podría llegar a revelar algunos de los misterios inherentes al primer mes de desarrollo del embrión humano, la etapa clave de nuestra formación.

Mirando dentro de la caja negra

«El drama ocurre en el primer mes, los ocho meses restantes del embarazo son principalmente de mucho crecimiento. Pero ese primer mes sigue siendo en gran medida una “caja negra”. Nuestro modelo de embrión humano derivado de células madre ofrece una forma ética y accesible de mirar dentro de esta caja. Imita fielmente el desarrollo de un embrión humano real, en particular la aparición de su exquisitamente fina arquitectura», indicó Jacob Hanna en el mismo comunicado.

El equipo liderado por Hanna se basó en su experiencia previa en la creación de modelos de embriones de roedores basados en células madre sintéticas. Vale destacar que no utilizaron óvulos fertilizados ni útero. Comenzaron la tarea con con células humanas conocidas como células madre pluripotentes, que tienen el potencial de diferenciarse en casi todos los tipos de células del organismo humano. 

Posteriormente, los investigadores pusieron en marcha un modelo para reprogramar células madre pluripotentes, con el fin de retroceder aún más el reloj: el propósito era revertir estas células a un estado previo, denominado estado ingenuo, en el cual son capaces de convertirse en cualquier tipo de célula. Dicha etapa corresponde al día 7 del embrión humano natural, aproximadamente el momento en que se implanta en el útero.

A continuación, los científicos dividieron las células en tres grupos: aquellas destinadas a convertirse en embrión no sufrieron ningún tipo de modificación. Las células de cada uno de los otros grupos fueron intervenidas únicamente con productos químicos, sin necesidad de modificación genética. El objetivo era activar ciertos genes: esta dinámica permite que algunas células se diferenciaran hacia uno de los tres tipos de tejido necesarios para sustentar el embrión: placenta, saco vitelino o la membrana precursora del saco coriónico.

Aquí se presenta la estructura característica del saco vitelino (amarillo) en un modelo de embrión humano derivado de células madre en una etapa de desarrollo equivalente a la de un embrión natural en el día 12. Muestra las partes superior e inferior del saco, que tienen diferentes formas y funciones, y una cavidad entre ambos. Crédito: Instituto Weizmann de Ciencias / YouTube. 

Un nuevo modelo con interesantes aplicaciones

Luego de mezclarse en condiciones optimizadas y específicamente desarrolladas, las células formaron grupos: un 1% logró organizarse en forma independiente en estructuras completas similares a embriones. «Es fundamental mezclar los tipos correctos de células al principio, que sólo pueden derivarse de células madre ingenuas que no tienen restricciones de desarrollo. Una vez que se hace eso, el modelo similar a un embrión comienza su desarrollo”, explicó Hanna.

Las estructuras similares a embriones basadas en células madre se desarrollaron normalmente fuera del útero durante 8 días, alcanzando una etapa de desarrollo equivalente al día 14 del crecimiento natural. En ese momento, los embriones naturales adquieren las estructuras internas que hacen posible desarrollar los progenitores de los órganos del cuerpo humano.

Por último, los científicos destacaron que este nuevo enfoque abre distintos caminos de investigación: podría revelar las causas de muchos defectos congénitos y tipos de infertilidad, favorecer el cultivo de tejidos y órganos para trasplantes o hacer posible estudios que no pueden llevarse a cabo en casos reales, por ejemplo cuando se busca determinar los efectos de la exposición a drogas u otras sustancias en el feto humano.

Referencia

Complete human day 14 post-implantation embryo models from naïve ES cells. Jacob H. Hanna, Bernardo Oldak et al. Nature (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06604-5