Científicos crean un modelo similar a un embrión humano a partir de células madre y piel

El todavía poco acceso que existe en la medicina a los embriones humanos para que sean objeto de estudio ha obstaculizado las investigaciones en la embriogénesis humana y a varios de los problemas que ocurren durante el embarazo temprano.

Para este importante estadio del hombre, resulta clave comprender la pérdida inicial del embarazo y obtener información sobre los defectos del desarrollo temprano. Para ello, dos grupos diferentes de científicos trabajaron durante años en la creación de estructuras similares a blastocistos a partir de células madre humanas.

Los blastocitos son una fase del desarrollo del embrión de los mamíferos, equivalente a la blástula, que constituye una estructura celular compleja derivada de la mórula; está formada por una masa celular interna de la que se origina el embrión y de una capa periférica de células que formará la placenta.

Según los equipos de la Universidad de Cambridge y del Instituto Hubrecht de Holanda, este modelo de pseudoembrión permite observar por primera vez directamente procesos subyacentes de la formación del cuerpo humano. Es la primera vez que se usan células madre humanas para crear un modelo tridimensional de embrión humano, tras los realizados con células madre de ratones y de peces cebra. El prototipo desarrollado se asemeja en parte a un embrión de entre 18 y 21 días.

Ambos estudios científicos fueron publicados en la prestigiosa revista Nature. En el primer estudio, los investigadores presentaron el desarrollo a partir de las células madre pluripotentes humanas que proporcionan un medio alternativo para estudiar el desarrollo humano en laboratorio.

Los avances recientes en modelos de embriones parciales derivados de células madre pluripotentes humanas han permitido examinar el desarrollo humano en las primeras etapas cercanas posteriores a la implantación. Sin embargo, faltaban modelos del blastocisto humano preimplantacional para estudiar. Partiendo de células madre pluripotentes humanas ingenuas, los especialistas desarrollaron una estrategia de cultivo tridimensional efectiva con diferenciación sucesiva de linajes y autoorganización para generar estructuras de tipo blastocisto in vitro.

“Nuestro modelo muestra parte del mapa humano. Es emocionante presenciar los procesos de desarrollo que hasta ahora han estado ocultos a la vista, y al estudio“, dijo Alfonso Martínez-Arias, profesor de la Universidad de Cambridge en Gran Bretaña, quien codirigió el proyecto. “La esperanza, es que la comprensión de estos procesos revele las causas de defectos congénitos y enfermedades en humanos, y pueda conducir al desarrollo de pruebas vinculadas a estos defectos o enfermedades en mujeres embarazadas”, destacó el experto.

El doctor Daniel A. Schmitz, uno de los autores del estudio científico afirmó que “estas estructuras, que denominamos blastoides humanos, se asemejan a los blastocistos humanos en términos de su morfología, tamaño, número de células y composición y asignación de diferentes linajes celulares. Los análisis de secuenciación de ARN de una sola célula también revelan la similitud transcriptómica de los blastoides con los blastocistos. Los blastoides humanos son susceptibles de derivación de células madre embrionarias y extraembrionarias y pueden desarrollarse aún más en estructuras similares a embriones periimplantacionales in vitro”.

Usando elementos químicos en laboratorio, demostraron que las isoenzimas específicas de la proteína quinasa C tienen una función crítica en la formación de la cavidad blastoide, los cuales brindan una alternativa fácilmente accesible, escalable, versátil y perturbable a los blastocistos para estudiar el desarrollo humano temprano, comprender la pérdida temprana del embarazo y obtener información sobre los defectos del desarrollo temprano. Además, destacaron que las células madre pluripotentes humanas (CEP) que se derivan de embriones antes de la implantación o que se obtienen mediante reprogramación celular, proporcionan un modelo in vitro invaluable para estudiar el desarrollo humano temprano, y son muy prometedoras para la medicina regenerativa.

Los avances recientes en los modelos de embriones basados en células madre han abierto nuevas posibilidades para la investigación utilizando células madre humanas. Aunque se han generado varias estructuras que imitan aspectos específicos del desarrollo temprano postimplantación humano, no se dispone de modelos que recapitulan los eventos embriogénicos del blastocisto humano. “Este trabajo se suma al ‘kit de herramientas in vitro’ que los científicos ahora pueden usar para estudiar las etapas más desconocidas del embarazo humano, entre las semanas 2 y 4, donde las mujeres normalmente no sabrían si están embarazadas”, dijo Teresa Rayón, una especialista en el Instituto Francis Crick.

Plasticidad de las células madre embrionarias humanas vírgenes

Estudios recientes han demostrado que las células madre embrionarias vírgenes son competentes para la diferenciación en linajes embrionarios (epiblasto) y extraembrionarios (trofectodermo e hipoblasto). “La capacidad de las células madre embrionarias humanas WIBR3 vírgenes para diferenciarse en células que se asemejan a todos los tipos de células en un blastocisto nos llevó a probar si pueden generar estructuras que imiten los blastocistos humanos in vitro”, aclararon los expertos.

En resumen, al aprovechar la bipotencia embrionaria y extraembrionaria de las CEP humanas, hemos desarrollado una estrategia que permite la generación de estructuras similares a blastocistos humanos mediante la diferenciación secuencial de linajes y la autoorganización. Los blastoides humanos se parecen a los blastocistos humanos en morfología, composición y asignación del linaje celular y estado transcripcional.

No obstante, los blastoides humanos proporcionan un modelo valioso para la investigación básica y traslacional como una alternativa accesible a los blastocistos humanos. La generación de blastoides es escalable y susceptible de experimentos de perturbación bien controlados, y ofrecerá un modelo único para estudiar la embriogénesis humana, defectos del desarrollo temprano, pérdida temprana del embarazo y nuevos anticonceptivos.

Estudio de embriones a partir de la piel

Otro estudio científico que desarrolló un modelo similar de embrión humano a partir de células de la piel fue el creado por un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Monash en Melbourne, Australia.

En un descubrimiento que revolucionará la investigación sobre las causas del aborto espontáneo temprano, la infertilidad y el estudio del desarrollo humano temprano, el equipo, dirigido por el profesor José Polo, ha reprogramado con éxito estos fibroblastos o células de la piel en una estructura celular tridimensional que es morfológica y molecularmente similar a los blastocistos humanos, llamados iBlastoides, que pueden usarse para modelar la biología de embriones humanos tempranos en laboratorio.

La investigación, publicada hoy (TBC) en Nature, fue dirigida por el profesor Polo, del Instituto de Descubrimiento de Biomedicina de la Universidad de Monash y el Instituto de Medicina Regenerativa de Australia, e incluye a los primeros autores, el doctor Xiaodong (Ethan) Liu y el estudiante de doctorado Jia Ping Tan, también. como los grupos de colaboradores australianos doctora Jennifer Zenker, de la Universidad de Monash y el profesor Ryan Lister de la Universidad de Australia Occidental y colaboradores internacionales, el profesor asociado Owen Rackham de la Universidad Duke-National de Singapur y el profesor Amander Clark de la UCLA en los Estados Unidos.

El logro es un avance significativo para el estudio futuro del desarrollo humano temprano y la infertilidad. Hasta la fecha, la única forma de estudiar estos primeros días ha sido mediante el uso de blastocistos difíciles de obtener y escasos obtenidos de procedimientos de FIV. “iBlastoids permitirá a los científicos estudiar los primeros pasos del desarrollo humano y algunas de las causas de la infertilidad, las enfermedades congénitas y el impacto de las toxinas y los virus en los embriones tempranos, sin el uso de blastocistos humanos y, lo que es más importante, a una escala sin precedentes. acelerando nuestra comprensión y el desarrollo de nuevas terapias “, dijo el profesor Polo.

El Polo Lab logró generar los iBlastoides utilizando una técnica llamada “reprogramación nuclear” que les permitió cambiar la identidad celular de las células de la piel humana que, cuando se colocan en un andamio de ‘gelatina’ 3D conocido como matriz extracelular, se organizan en forma de blastocisto. estructuras a las que llamaron iBlastoides. Los iBlastoides modelan la genética y la arquitectura generales de los blastocistos humanos, incluida una estructura similar a una masa celular interna formada por células similares a un epiblasto, rodeadas por una capa externa de células similares a un trofectodermo y una cavidad que se asemeja al blastocele.

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