Crean embriones sintéticos de ratón con cerebro y un corazón que late a partir de células madre

Un equipo liderado por la bióloga polaco-británica Magdalena Zernicka-Goetz, del Grupo de Desarrollo de Mamíferos y Células Madre en la Universidad de Cambridge (Reino Unido), ha creado embriones sintéticos a partir de células madre de ratón que forman un cerebro, un corazón que late y los ‘cimientos’ de todos los demás órganos del cuerpo.

Los autores afirman que sus resultados, publicados en Nature, son fruto de más de una década de investigación que ha conducido progresivamente a estructuras embrionarias cada vez más complejas.

Los investigadores ensamblaron en laboratorio embriones de ratón derivados de células madre utilizando una combinación de células madre embrionarias, células madre de trofoblastos y células madre de endodermo extraembrionario inducible, todas ellas procedentes de ratones.

El modelo embrionario ETiX resultante fue capaz de desarrollarse más allá de la neurulación, hasta el equivalente a 8,5 días después de la fecundación en un embrión natural de ratón y estableció todas las regiones del cerebro, un tubo neural, un corazón que late, un tubo intestino, así como el saco vitelino donde el embrión se desarrolla y obtiene los nutrientes en sus primeras semanas.

Fase de desarrollo avanzada

“A diferencia de otros embriones sintéticos, los modelos desarrollados por Cambridge llegaron al punto en que todo el cerebro, incluida la parte anterior, comenzó a desarrollarse. Se trata de un punto de desarrollo más avanzado que el que se ha alcanzado en cualquier otro modelo derivado de células madre”, destaca la universidad británica en un comunicado.

El trabajo podría ayudar a entender las primeras etapas de la vida sin recurrir a animales de experimentación. Además, los resultados podrían servir para orientar la reparación y el desarrollo de órganos humanos sintéticos para trasplantes.

“Nuestro modelo de embrión de ratón no solo desarrolla un cerebro, sino también un corazón que late, y todos los componentes que conforman el cuerpo”, afirma Zernicka-Goetze. “Es importante porque nos da acceso a la estructura en desarrollo en una etapa que normalmente se nos oculta debido a la implantación del diminuto embrión en el útero de la madre. Esta accesibilidad nos permite manipular los genes para comprender sus funciones de desarrollo en un sistema experimental”, subraya la experta.

Para guiar el desarrollo de su embrión sintético, los científicos unieron células madre cultivadas que representaban a cada uno de los tres tipos de tejido en las proporciones y el entorno adecuados con el fin de promover su crecimiento y comunicación entre sí, para finalmente autoensamblarse en un embrión.

Descubrieron que las células extraembrionarias envían señales químicas a las células embrionarias, pero también mecánicas, o a través del tacto, guiando el desarrollo del embrión.

La líder de la investigación Magdalena Zernicka-Goetz. / Simon Zernicki-Glover

Un gran avance del estudio es la capacidad de generar todo el cerebro, en particular la parte anterior, que ha sido uno de los principales objetivos en el desarrollo de embriones sintéticos. Esto funciona en el nuevo sistema porque esta parte del cerebro requiere señales de uno de los tejidos extraembrionarios para poder desarrollarse. "Esto abre nuevas posibilidades para estudiar los mecanismos del neurodesarrollo en un modelo experimental", dice Zernicka-Goetz

Aunque la investigación actual se llevó a cabo en modelos de ratón, los investigadores están desarrollando modelos humanos similares, con el potencial de dirigirse a la generación de tipos de órganos específicos para comprender los mecanismos que subyacen a procesos cruciales que, de otro modo, serían imposibles de estudiar en embriones reales. En la actualidad, la legislación británica sólo permite estudiar embriones humanos en el laboratorio hasta el 14 día de desarrollo.

'Defectos del experimento' y cuestiones éticas

Según señala Alfonso Martínez Arias, profesor de investigación ICREA e investigador en Sistemas de Bioingeniería-MELIS de la Universidad Pompeu Fabra, al SMC España “este trabajo es una adición importante al publicado por el grupo de Jacob Hanna en Cell hace unos días. Los dos representan un avance importante, pues prueban la necesidad de interacción entre células embrionarias y extraembrionarias en la formación de un mamífero. Más aún, demuestran que es posible iniciar el desarrollo de un mamífero fuera del útero”.

Este experto, que no ha participado en el estudio, subraya, sin embargo, que se trata “más una ‘prueba de concepto’ que un logro absoluto. Como en el caso del trabajo de Hanna, el número de embriones sintéticos que se obtienen con el método es pequeño —del orden de 1 % de los cultivos iniciales— y su desarrollo colapsa prematuramente después de pocos días en cultivo. También es importante constatar que las estructuras obtenidas, aunque contienen los elementos de un embrión, tienen carencias importantes y la mayor parte de esas estructuras están dañadas o incompletas”.

Para Martínez Árias, “la necesidad de hacer hincapié en los defectos y el bajo rendimiento del experimento es importante, pues la idea de que se ha obtenido un embrión de ratón en el cultivo dará lugar a la noción de que pronto se hará lo mismo con células humanas y que se conseguirá un embrión humano. Es muy probable que esto ocurra en el futuro y un valor que tiene este experimento es alertarnos ante esta posibilidad, para que consideremos los aspectos éticos de estos experimentos y el impacto social que pueden tener”. concluye.