Científicos japoneses han demostrado la presencia de precursores de la placenta y el saco amniótico. en embriones sintéticos que crearon a partir de células madre de ratón.
En su esfuerzo por comprender las etapas más tempranas de la vida y cómo pueden salir mal, los científicos se enfrentan a problemas éticos relacionados con el uso de embriones humanos. El uso de embriones de animales también está sujeto a restricciones basadas en consideraciones éticas. Para superar estas limitaciones, los científicos han intentado recrear embriones tempranos utilizando células madre.
Uno de los desafíos en la creación de estos embriones sintéticos es generar todos los tipos de células que normalmente se encuentran en un embrión joven antes de que se implante en la pared del útero. Algunas de estas células eventualmente dan lugar a la placenta.
Otros se convierten en el saco amniótico en el que crece el feto. Tanto la placenta como el saco amniótico son cruciales para la supervivencia del feto, y los defectos en estos componentes del embrión son las principales causas de la pérdida temprana del embarazo.
Un grupo de científicos de los Institutos Gladstone, el Centro de Investigación y Aplicación de Células iPS (CiRA) de la Universidad de Kyoto y el Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas en Kobe, Japón, ahora ha demostrado la presencia de precursores de la placenta y el saco amniótico. en embriones sintéticos que crearon a partir de células madre de ratón.
"Nuestros hallazgos proporcionan una fuerte evidencia de que nuestro sistema es un buen modelo para estudiar las etapas tempranas, preimplantacionales del desarrollo embrionario", dice Kiichiro Tomoda, PhD, investigador de investigación en el recientemente inaugurado Centro de Investigación de Células iPS en Gladstone y primer autor de la estudio publicado en la revista Stem Cell Reports. "Con este modelo, podremos diseccionar los eventos moleculares que tienen lugar durante estas primeras etapas y las señales que las diferentes células embrionarias se envían entre sí".
En última instancia, este conocimiento podría ayudar a los científicos a desarrollar estrategias para disminuir la infertilidad debido a un desarrollo embrionario temprano que salió mal.
Los nuevos hallazgos también podrían arrojar luz sobre una propiedad definitoria de las primeras células embrionarias que ha sido difícil de capturar en el laboratorio: su capacidad para producir todos los tipos de células que se encuentran en el embrión y, en última instancia, en todo el cuerpo. Los científicos se refieren a esta propiedad como "totipotencia".
"La totipotencia es una propiedad muy única y de corta duración de las células embrionarias tempranas", dice Cody Kime, PhD, investigador del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas y autor principal del estudio.
"Ha sido mucho más difícil de aprovechar en el laboratorio que la pluripotencia", agrega, refiriéndose a la capacidad de algunas células para dar lugar a varios, pero no a todos, tipos de células. "Una perspectiva muy interesante de nuestro trabajo es la capacidad de comprender cómo podemos reprogramar las células en el laboratorio para lograr la totipotencia".
Cultivo de los componentes fundamentales de los embriones tempranos en el laboratorio
Para generar embriones sintéticos, los científicos partieron de células madre pluripotentes de ratón que normalmente dan origen al feto únicamente, no a la placenta ni al saco amniótico. Pueden hacer crecer estas células, llamadas células madre epiblasto, y multiplicarlas indefinidamente en el laboratorio.
En un trabajo anterior, el equipo había descubierto una combinación de nutrientes y productos químicos que podían hacer que las células madre del epiblasto se ensamblaran en estructuras de células pequeñas que se asemejan mucho a los embriones preimplantados. De hecho, las estructuras podrían incluso alcanzar la etapa de implantación cuando se transfirieran a ratones hembra, aunque degeneraron poco después.
"Esto significó que podríamos reprogramar con éxito las células del epiblasto para volver a una etapa anterior, cuando las células embrionarias son totipotentes, y proporcionó una pista de cómo podríamos generar tanto el feto como los tejidos que apoyan su implantación", explica Tomoda, quien es también es profesor asociado del centro de investigación específico del programa en CiRA.
En este nuevo estudio, Kiichiro y sus colegas desarrollaron un modelo eficiente para estudiar las primeras etapas previas a la implantación del desarrollo embrionario.
Para aprovechar ese trabajo y comprender mejor el proceso de reprogramación, los científicos necesitaban una resolución molecular. En su nuevo estudio, recurrieron a la secuenciación de ARN unicelular, una técnica que permite a los científicos estudiar células individuales en función de los genes que activan o desactivan.
Después de analizar miles de células individuales reprogramadas a partir de células madre del epiblasto y filtrar los datos a través de análisis por computadora, confirmaron que, después de 5 días de reprogramación, algunas células se parecían mucho a los tres precursores del feto, la placenta y el saco amniótico. .
Además, a medida que se cultivaron en el laboratorio durante unos días más, los tres tipos de células mostraron perfiles moleculares más distintos con una sorprendente similitud con las células modelo embrionarias reales. Esto es lo mismo que se esperaría durante el crecimiento de un embrión normal, cuando los tres tejidos adquieren distintas propiedades físicas y funciones biológicas.
“Nuestro análisis de secuenciación de ARN unicelular confirma la aparición en nuestro sistema de embriones sintéticos de los tipos de células que conducen a los tres componentes fundamentales de un embrión de mamífero temprano”, dice Kime. "Además, revela con asombroso detalle los genes y las vías biológicas involucradas en el desarrollo de estos precursores y su maduración en tejidos específicos".
Este conocimiento proporciona un telón de fondo integral contra el cual comprender los mecanismos del desarrollo temprano del embrión y las posibles causas de su falla.
Por ahora, los científicos planean trabajar en formas de aumentar la eficiencia de su proceso de reprogramación, a fin de producir de manera confiable grandes cantidades de embriones sintéticos similares a la preimplantación para estudios adicionales. Esto les permitiría llevar a cabo experimentos que hasta ahora eran impensables, como pantallas a gran escala de mutaciones genéticas que alteran los primeros embriones. Y puede arrojar luz sobre las causas de la pérdida del embarazo debido a la insuficiencia embrionaria temprana.
También quieren comprender mejor los pasos moleculares involucrados en la reprogramación. En particular, planean mirar antes de 5 días en el proceso de reprogramación, con la esperanza de localizar células verdaderamente totipotentes en el origen de sus embriones sintéticos.
"El descubrimiento de que podíamos reprogramar células para adoptar estados anteriores y más pluripotentes revolucionó la biología del desarrollo hace 15 años", dice Tomoda, refiriéndose al descubrimiento de células madre pluripotentes inducidas por su mentor y el de Kime, el premio Nobel Shinya Yamanaka.
“En los últimos años, el campo de la embriología sintética que utiliza células madre ha experimentado una verdadera explosión”, dice. “Nuestro método de generar embriones sintéticos es más simple que otros y bastante eficiente. Creemos que será un gran recurso para muchos laboratorios ".
Este artículo fue publicado en https://gladstone.org/news/recreating-earliest-stages-life
