Crean embriones completos de ratón, con corazón y cerebro, a partir de células madre

Científicos de la Universidad de Cambridge han llevado las células madre hasta donde nunca antes habían logrado estar: el desarrollo de un embrión de mamífero sin necesidad de implantarlo en un útero. El trabajo acaba de ser publicado en Nature y los científicos ya lo comparan con el nacimiento de la oveja Dolly o el descubrimiento de las células pluripotentes inducidas, que le valieron el premio Nobel a su autor solo seis años después.

Que la unión de un óvulo y un espermatozoide dé lugar a la multitud de huesos, órganos y tejidos que conforman el cuerpo humano es obra de las células madre. Durante el desarrollo embrionario se diferencian en varios tipos de células, que se van organizando para conformar las distintas estructuras del cuerpo. Para ello necesitan el apoyo de otras células madre extraembrionarias, que generarán el soporte nutricional para que el futuro feto siga creciendo dentro del útero.

Pues bien: el equipo liderado por Magdalena Zernicka-Goetz, profesora de Biología del Desarrollo de Mamíferos y Células Madre en Cambridge (Reino Unido), ha logrado hacerlo con células madre de ratones sin la participación de células sexuales ni la implantación en un útero. El embrión sintético resultante se ha desarrollado hasta los 8,5 días, casi la mitad del periodo de gestación en ratones (unos 20 días).

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Esto quiere decir que las células madre se han diferenciado en tejidos que darían lugar a los órganos del cuerpo, especialmente el tracto digestivo, un corazón palpitante y un cerebro. Este hecho es importante, pues es la primera vez que se puede observar un principio de diferenciación del prosencéfalo, la parte más compleja del cerebro, afirman los investigadores.

Para lograrlo, han utilizado tres tipos de células madre: las embrionarias propiamente dichas, las que formarían la placenta (que conecta el embrión con la madre para poder obtener nutrientes) y las que dan lugar al saco vitelino, una estructura adosada al embrión que proporciona los nutrientes durante las primeras etapas de la gestación.

Primeras etapas de la gestación

Los científicos han cultivado y las células y las han 'guiado' para que interactúen entre sí, momento a partir del cual comenzaron a auto-organizarse. En lugar de un útero de mamífero han utilizado uno artificial desarrollado por un equipo israelí que ha logrado resultados similares, publicados justo este mismo mes en la revista Cell. Al igual que Zernicka-Goetz, este estudio, liderado por Jacob H. Hanna, ha desarrollado embriones sintéticos de ratón hasta una etapa similar a los 8,5 días de gestación.

La investigación de Cambridge ha durado una década. En estudios publicados en 2018 y en 2019 se consiguió llevar estos componentes hasta unas etapas más tempranas de desarrollo, pero en esta ocasión han logrado obtener partes diferenciadas del cerebro.

En una prueba de concepto, el equipo de Magdalena Zernicka-Goetz ha desactivado uno de los genes de las células madre, llamado Pax6, que está involucrado en el desarrollo de los ojos y otros órganos sensoriales, en el modelo de embrión creado. El efecto de este freno en el desarrollo del mismo ha sido similar al de la mutación natural del gen en ratones.

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Los resultados del trabajo permiten comprender mejor qué pasa en las primeras etapas de la gestación de los mamíferos (entre ellos, los humanos), algo que debido a la propia naturaleza del hecho era muy difícil observar en directo.

Una proporción importante de los embarazos finaliza antes incluso de que la madre sepa que estaba gestando debido, se sospecha, a interacciones deficientes entre los tejidos del embrión, la placenta y el saco vitelino. Esta investigación permite profundizar en cómo se auto-organizan las células de cada parte para desarrollar un feto sano.

Esta es la parte menos polémica de la investigación. La gran aplicación puede ser el uso de este conocimiento para avanzar en el cultivo de órganos humanos funcionales para trasplantes, así como investigaciones que pueden involucrar embriones humanos.

Una "revolución tecnológica"

En declaraciones al Science Media Centre, el investigador del CSIC Lluís Montoliu ha calificado el logro de "una revolución tecnológica" con un enorme potencial, pero que plantea dilemas éticos "si alguna vez pensamos transferir estos experimentos a la especie humana para la generación de embriones humanos sintéticos, quizá con el objetivo de obtener nuevos tejidos para órganos o recuperar o sustituir aquellos dañados, como Hanna ya ha propuesto explorar a través de una compañía que ha creado ad hoc".

El investigador de la Universidad Pompeu Fabra Alfonso Martínez Arias, que está desarrollando un proyecto similar, ha explicado que el uso práctico de estos hallazgos todavía se encuentra muy lejano.

"Hay problemas que necesitan ser abordados en el futuro", ha declarado. "Concretamente, la frecuencia de estos embriones sintéticos es muy baja (1% de los cultivos iniciales), los que lo consiguen [salir adelante] colapsan en unos días antes de madurar y todos exhiben muchos defectos en la organización de los tejidos y los órganos". Para el científico no está claro cómo este sistema "sustituirá al animal que proporciona embriones de forma más eficiente y robusta".

Zernicka-Goetz ya ha anunciado que se están desarrollando investigaciones en modelos humanos, lo que les permitiría superar la limitación del uso de embriones humanos con fines científicos, que en países como Reino Unido, Japón y España se establece en el día 14 de desarrollo.