Por primera vez un equipo de investigadores del Instituto Salk de Estados Unidos, liderado por el español Juan Carlos Izpisua, ha desarrollado en el laboratorio una estructura similar a un blastocisto, un embrión de cinco o seis días de desarrollo.
Este embrión sintético de ratón se ha generado en un cultivo celular y no ha necesitado de la participación de óvulos ni espermatozoides, las células sexuales necesarias para la reproducción de los mamíferos.
Tampoco se han utilizado células de embriones, como requieren las técnicas de clonación. La nueva forma de «vida» ha nacido en una placa de Petri a partir de una sola célula adulta extraída de la oreja de un ratón.
“Estos estudios nos ayudarán a comprender mejor los comienzos de la vida; qué tan temprano en la vida una sola célula puede dar lugar a millones de células y cómo se ensamblan en el espacio y el tiempo para dar lugar a un organismo completamente desarrollado. Es importante destacar que, Este trabajo evita el uso de embriones naturales y es escalable”, dice Juan Carlos Izpisua Belmonte, profesor en el Laboratorio de Expresión Genética de Salk.
Los blastocistos naturales, que pueden convertirse en un embrión una vez que se implantan en el útero, han resultado difíciles de estudiar. El problema es que los modelos animales, como los ratones, solo producen estas estructuras en pequeñas cantidades, y los científicos no pueden evaluar fácilmente los efectos de la desnutrición o la exposición a toxinas o una variedad de mutaciones genéticas en el desarrollo a un nivel suficiente para el estudio.
“Somos optimistas de que este trabajo permitirá realizar importantes investigaciones sobre defectos de desarrollo tempranos”, dice el profesor asistente Jun Wu, de UT Southwestern, quien dirigió el estudio.
Los equipos de Salk y UT Southwestern desarrollaron los blastoides utilizando células embrionarias y, lo que es más importante, células de ratón adultas. Las células adultas se colocaron en una solución química que las llevó a convertirse en células madre pluripotentes inducidas, o iPSC, que pueden convertirse en casi cualquier tipo de tejido en el cuerpo.
La imagen muestra un blastoide generado a partir de una sola célula madre pluripotente extendida (EPS). El verde marca el trofectodermo y el rojo marca la masa celular interna, lo que dará lugar a endodermo primitivo y células similares a epiblasto.
Para alentar a las células iPS a formar blastoides, los investigadores las colocaron en pequeños grupos en un medio de cultivo especial donde pronto formaron conexiones entre sí. Esto era exactamente lo que los investigadores esperaban ver: las células comenzaban a formar estructuras similares a la etapa de desarrollo antes de que un óvulo fertilizado se convirtiera en un blastocisto.
Con el tiempo, las células conectadas comenzaron a formar una bola con una capa interna y externa. Las células que se enfrentan a las proteínas acumuladas hacia adentro las diferencian de las células externas. Las células que miran hacia afuera también comenzaron a activar una proteína llamada YAP, que ingresó al núcleo celular y comenzó el proceso de inducir la expresión de proteínas para construir lo que eventualmente podría convertirse en una placenta.
“La formación de blastoides imita el proceso de desarrollo natural”, dice Ronghui Li, coautor del estudio y becario postdoctoral en el laboratorio de Izpisua Belmonte.
Los blastoides contenían los mismos tres tipos de células primordiales (de donde provienen todas las células de un organismo adulto) que se encuentran en los blastocistos naturales. También tenían un tamaño similar al de los blastocistos naturales y mostraban una firma genética similar. Otros experimentos indicaron que los blastoides podrían desarrollarse aún más en estructuras que se asemejan a los embriones tempranos posteriores a la implantación.
“Creo que este tipo de recurso será muy poderoso para estudiar el desarrollo temprano en los mamíferos”, dice Cuiqing Zhong, coautor del estudio y becario postdoctoral en el laboratorio de Izpisua Belmonte.
Luego, el equipo planea usar herramientas de edición de genes para comprender cómo los cambios genéticos en los blastoides afectan los tres tipos diferentes de células. Los blastoides también proporcionan un nuevo modelo para probar medicamentos y productos químicos para futuras terapias.
Los blastoides aún no pueden convertirse en embriones funcionales; en cambio, las células crecen en tejido desorganizado. Pero los científicos creen que los blastoides pueden revelar detalles sobre etapas posteriores del desarrollo embrionario.
“Con una mayor optimización, esta tecnología podría conducir a la generación de blastoides completamente funcionales capaces de desarrollarse hasta las etapas en que se forman diferentes órganos primordiales y, por lo tanto, ser las semillas de organoides que podrían usarse como fuentes invaluables para el trasplante de órganos”, agrega Belmonte.
“El destacado físico Richard Feynman dijo una vez: ‘Lo que no puedo crear, no lo entiendo’. La forma en que la vida comienza a partir de un óvulo fertilizado sigue siendo un misterio, y nuestro enfoque blastoideo ayudará a los investigadores a obtener nuevas ideas sobre este proceso”. dice Wu.
Mayor información en: Ronghui Li, Cuiqing Zhong, Yang Yu, et al. «Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures» Cell. Published: 17 October 2019.