Los investigadores imitaron los procesos naturales en el laboratorio guiando la interacción de los tres tipos de células madre que se encuentran en el desarrollo temprano de los mamíferos, mediante control genético. Lograron que estas transitaran por las sucesivas etapas de crecimiento embrionario hasta obtener corazones latiendo y cimientos de cerebro, o sea, hasta un nivel de avance nunca antes alcanzado por ningún otro modelo derivado de esta clase de células. Asimismo, desarrollaron el saco vitelino, donde el embrión crece y se nutre en sus primeras semanas.

“Nuestro modelo de embrión de ratón no solo desarrolla un cerebro, sino también un corazón que late, todos los componentes que forman el cuerpo”, expresó Zernicka-Goetz en un comunicado de la universidad. “Es increíble que hayamos llegado tan lejos. Este ha sido el sueño de nuestra comunidad en años, y el principal enfoque de nuestro trabajo durante una década y finalmente lo hemos logrado”, agregó. El equipo sostiene que estos resultados permitirían a los investigadores comprender por qué algunos embriones fallan, mientras que otros culminan en un embarazo saludable. Además, las conclusiones podrían usarse para guiar la reparación y la creación de órganos artificiales para trasplantes.

Asimismo, los investigadores creen que el modelo sintético de células madre es importante y novedoso porque posibilita acceder, para su estudio, a la estructura del diminuto embrión en una etapa en la que, normalmente, está oculto debido a la implantación en el útero de la madre. Esto permite manipular los genes para comprender sus funciones de desarrollo en un modelo experimental. “Este período de la vida humana es muy misterioso, por lo que poder ver cómo sucede en una placa de Petri, tener acceso a estas células madre individuales, comprender por qué fracasan tantos embarazos y cómo podríamos evitar que eso suceda, es bastante especial”, sostuvo Zernicka-Goetz.

Otro elemento que los autores consideran significativo es que el desarrollo de estos embriones sintéticos abre nuevas posibilidades para estudiar los mecanismos del neurodesarrollo en un modelo experimental. Actualmente, la legislación del Reino Unido permite estudiar embriones humanos en laboratorio hasta el día 14 de desarrollo, posibilitando a los investigadores elaborar modelos humanos similares con el objetivo de comprender qué mecanismos hay detrás de procesos cruciales que serían imposibles de analizar en embriones reales.

lo que permite que los investigadores desarrollen modelos humanos similares para comprender los mecanismos detrás de procesos cruciales que de otro modo serían imposibles de estudiar en embriones reales. Para que un embrión humano crezca con éxito, debe existir comunicación entre sus tejidos y los que lo conectarán con la madre. En la primera semana posterior a la fertilización, se desarrollan tres tipos de células madre.

El primero se convertirá en los tejidos del cuerpo y los otros dos, extraembrionarios, apoyarán el desarrollo del feto. Uno se transformará en la placenta, que conecta al embrión con la madre y le proporciona oxígeno y nutrientes; mientras que el otro formará el saco vitelino, donde crece y se nutre durante el desarrollo temprano. Los científicos publicaron los resultados de más de una década de investigación este jueves en la revista Nature, informó RT.

Los embriones sintéticos fueron cultivados en placas de Petri, por lo que tampoco se necesitaron úteros de roedores. “El embrión es la mejor máquina para fabricar órganos y la mejor bioimpresora 3D; tratamos de emular lo que ella hace”, dijo el profesor Jacob Hanna, quien estuvo al frente de la investigación. En el estudio se reprogramaron las células madre en su etapa más temprana, cuando tienen el mayor potencial para especializarse en diferentes tipos de células, y posteriormente fueron colocadas en un útero artificial durante ocho días.

Aunque la gran mayoría de las células no se desarrollaron correctamente, alrededor de 0,5 % formaron esferas y posteriormente cada una de ellas se convirtió en una estructura alargada, similar a un embrión. Además, desarrollaron la placenta y los sacos vitelinos, como en un embrión natural. Hacia el octavo día, casi la mitad del periodo de gestación del ratón, se formaron todos los primeros precursores de los órganos, incluidos un corazón que latía, un cerebro con pliegues bien constituidos, el tubo neuronal y el tracto intestinal, y se constató la circulación de las células madre sanguíneas.

Se trata de un enfoque extremadamente valioso, ya que podría evitar en gran medida los problemas técnicos y éticos relacionados con el uso de embriones naturales en las investigaciones. En la actualidad, ciertos experimentos son inviables porque se requieren miles de embriones, mientras que el acceso a modelos derivados de células embrionarias de ratón cultivadas en laboratorio sería ilimitado. Además de ayudar a reducir el uso de animales en la investigación, los embriones sintéticos podrían convertirse en el futuro en una fuente confiable de células, tejidos y órganos para trasplantes, informó RT.

Los investigadores afirman que su modelo se asemeja a un embrión de entre 18 a 21 días de edad y permite a los investigadores presenciar los procesos que dan lugar a la formación del cuerpo humano, algo que nunca antes se había observado directamente. Comprender estos procesos favorece conocer en detalle las causas de defectos congénitos y enfermedades en las personas, además de permitir tratar estos problemas a tiempo en mujeres embarazadas, señalan.

Un organismo surge a través de un proceso llamado gastrulación, durante el cual se forman tres capas distintas de células en el embrión, explican. Luego estos dan lugar a los sistemas principales del cuerpo humano: el nervioso, el musculoesquelético y el digestivo. “Nuestro modelo produce parte del esquema de un humano y es emocionante ser testigo de los procesos de desarrollo que hasta ahora han estado ocultos a la vista”, comentó el autor principal Alfonso Martínez-Arias, de acuerdo con ‘Eurekalert!’.

A Nature paper describes a new three-dimensional tissue culture model of early embryonic development in humans. The model, using human cells, may help researchers to expand their understanding of this important stage of development. https://t.co/kMZube04WS pic.twitter.com/3Ifm1qQhMI

— Nature (@nature) June 11, 2020

La gastrulación es un periodo del desarrollo que no había podio ser estudiado en laboratorio, debido a que las restricciones legales impiden que los científicos desarrollen embriones por más de 14 días. El modelo desarrollado permitirá estudiar este proceso. Los científicos resaltaron que los gastruloides no tienen el potencial de convertirse en un embrión completamente formado, debido a que no poseen células cerebrales ni ninguno de los tejidos necesarios para la implantación en el útero. Esto significa que cumple con los estándares éticos actuales al no permitir avanzar más allá de las primeras etapas de desarrollo.

Para crear los modelos tridimensionales, conocidos como gastruloides, los especialistas recolectaron cantidades definidas de células madre humanas y las trataron con productos químicos que actuaban como señales para activar ciertos genes. Con este modelo los investigadores pudieron observar a las 72 horas de desarrollo, una muestra clara de los eventos que conducen a la formación de músculos, huesos y cartílagos. “Nuestro sistema es un primer paso para modelar la aparición del esquema del cuerpo humano, y podría ser útil para estudiar lo que sucede cuando las cosas salen mal, como en los defectos de nacimiento” concluyó Naomi Moris del departamento de genética de la Universidad de Cambridge.

De acuerdo con el plan, los biólogos reformularán los genes de óvulos fertilizados de ratas y ratones, bloqueando el mecanismo de la creación del páncreas. Después, los dotarán con células madre pluripotentes inducidas (iPS, por sus siglas en inglés), tomadas de seres humanos, que pueden transformarse en cualquier tejido, y los insertarán en úteros de esos roedores.

El previsto desarrollo en estos embriones de un páncreas que integre células humanas podría contribuir al surgimiento de un nuevo método de creación de órganos trasplantables, opina el líder del proyecto, Hiromitsu Nakauchi, de las universidades de Tokio y de Stanford.

“No esperamos crear órganos humanos inmediatamente, pero esto nos permite avanzar en nuestra investigación, basándonos en el conocimiento que hemos adquirido hasta ahora”, dijo al rotativo.

Los científicos consideran la posibilidad de experimentos parecidos —y probablemente en otros animales, como cerdos y ovejas— para crear hígados y riñones, si el proyecto tiene éxito.

A pesar de la afirmación de Nakauchi de que la modificación genética hará a los embriones “mandar las células [iPS] solo al páncreas”, de acuerdo con ‘Nature’ una parte de la comunidad científica se preocupa ante la posible proliferación de células humanas en otros tejidos —entre ellos, los del cerebro— de los roedores.

“Existe el riesgo de que cierta parte del cuerpo se convierta inesperadamente en quimera, una condición en la que existen en un cuerpo células heterólogas [procedentes de otra especie], mezclándose las células humanas en los cerebros o células reproductivas de ratas y ratones”, dijo a The Asahi Shimbun el biólogo Jiro Nudeshima.

Por su parte, el equipo se propone observar los animales durante dos años y asegura que cerrará el experimento si la proporción de células humanas entre sus neuronas llegara a superar el 30%.

Esos especialistas presentaron los resultados de su estudio el pasado 25 de junio durante el 35.º congreso que la Sociedad Europea de Reproducción y Embriología Humana celebra estos días en Viena (Austria). Así, este trabajo podría ofrecer una solución al desafío que supondrá la procreación durante las misiones para colonizar el espacio.

Durante este experimento, esos gametos masculinos estuvieron expuestos a condiciones semejantes a las que ofrece un vuelo espacial —sobre todo, en cuanto a ingravidez y frío— y, posteriormente, diversas pruebas confirmaron su aptitud para concebir nueva vida. La investigadora Montserrat Boada, que lideró este proyecto, asegura que “la concentración, motilidad, vitalidad y fragmentación del ADN espermático no sale alterado en ninguno de estos tests, comparados con las propiedades en condiciones de gravedad de la Tierra”.

“Si en un futuro tenemos que reproducirnos fuera de la Tierra, ¿cómo debería ser? Tal vez la reproducción asistida sería la técnica más comúnmente utilizada”, especuló Boada. Estos especialistas emplearon 10 muestras de esperma de 10 voluntarios sanos, dividieron cada una en dos fracciones —una para someterla a ingravidez y otra de control— y congelaron todas en nitrógeno líquido a 196 grados bajo cero.

Las muestras destinadas a microgravedad viajaron dentro de un contenedor en una avioneta, que realizó una veintena de acrobacias aéreas y las expuso a condiciones de ingravidez durante ocho segundos en cada viraje.

Un análisis posterior reflejó que no había diferencias significativas entre las muestras en ninguno de los parámetros mencionados, de acuerdo con los estándares establecidos por la Organización Mundial de la Salud. El centro Dexeus Mujer se ha adelantado a otras iniciativas similares, como el proyecto Micro-11 de la NASA, que ni siquiera ha presentado sus resultados preliminares.

Al respecto, Montserrat Boada se quejó de que existe “un acceso muy limitado” a los vuelos espaciales reales, que les permitiría verificar los resultados obtenidos. No obstante, su equipo intentará validar sus conclusiones tanto con mayores muestras de esperma —incluso no congeladas— como en periodos más largos de exposición.

La radiación es uno de los factores que más perjudican la calidad y la viabilidad del semen fresco en el espacio y ya hubo estudios que confirmaron una disminución de su motilidad, explicó esta científica.

Sin embargo, repetidos análisis genómicos practicados al líquido amniótico, la placenta e incluso a las primeras heces de bebés recién nacidos (el denominado meconio) sugerían lo contrario. Un grupo de investigadores australianos resumió los datos de esas múltiples pruebas, repitió algunas en condiciones de esterilidad y sintetizó sus conclusiones en un artículo publicado este 6 de junio en la revista ‘Frontiers in Microbiology’.

El trabajo reveló que huellas génicas de una variedad de microbios estuvieron siempre presente en las muestras. Los estudiosos destacan entre los ADN identificados figuran bacterias típicas de la piel, como Propionibacterium acnes y Staphylococcus, y otras provenientes del meconio, como Pelomonas puraquae. En esta última, la microbiota variaba enormemente entre los individuos recién nacidos.

“Sin embargo, algunos argumentan que los resultados son falsos positivos: contaminantes en los reactivos utilizados en el análisis del ADN”, admitió la investigadora Lisa Stinson, de la ‘Universidad de Australia Occidental’.

Para descartar este reproche y asegurarse de que no hubiera genomas extraviados escondidos entre los reactivos, los científicos aplicaron medidas extraordinarias de limpieza y utilizaron una enzima capaz de destruir cualquier ADN que hubiera en los químicos.

El material descubierto por el equipo tras este proceso fueron genomas de bacterias y no células funcionales, por lo que los autores reconocen la posibilidad de que estos hallazgos fueran restos de organismos invasores destruidos por el sistema inmune.

Si estudios posteriores confirman que se trata de microorganismos íntegros y vivos, quedará claro que “los microbios realmente podrían estar moldeando nuestro desarrollo desde alguno de los primeros momentos de la vida”, valoró Stinson.

El equipo, liderado por el doctor Lorenzo Fabrizi, examinó 19 bebés nacidos entre las semanas 30 y 40 del embarazo. Los especialistas midieron sus ondas cerebrales en el momento en que movían sus extremidades durante el sueño de movimientos oculares rápidos (MOR, por sus siglas en inglés), descubriendo que con cada patada se agudizaba actividad de ciertas partes del cerebro. En mayor medida esa relación se notaba en los bebés prematuros que a esa edad debían permanecer todavía dentro del útero.

La conclusión a la que llegaron los científicos a partir de estos hallazgos es que las patadas de los bebés en las últimas etapas del embarazo ayudan al desarrollo de las áreas del cerebro encargadas de la información sensorial. Según afirman, se trata de la forma en que el bebé desarrolla la sensación de su propio cuerpo.

Los investigadores señalan que su estudio puede ayudar a “proporcionar el entorno hospitalario óptimo para los bebés que nacen antes de tiempo, para que reciban la información sensorial adecuada”. “Por ejemplo, ya es una rutina que los bebés estén ‘anidados’ en sus cunas: esto les permite ‘sentir’ una superficie cuando sacuden sus extremidades, como si todavía estuvieran dentro del útero”, agregan.

De ser aprobada, la nueva regulación posibilitaría el uso de instrumentos especiales para ‘redactar’ genes con fines investigativos. La iniciativa no prevé la manipulación de embriones con fines de reproducción, si bien la interferencia en el ADN con tal propósito no estaría prohibida legalmente.

Según Tetsuya Ishii, bioeticista de la Universidad de Hokkaido (Sapporo), la postura de Japón sobre alteraciones genéticas en embriones había sido neutral hasta la publicación de la propuesta, que ahora busca estimular ese tipo de investigaciones.

La modificación del ADN podría ayudar a entender mejor el proceso del desarollo humano temprano. Además, los científicos creen que este procedimiento podría servir para corregir mutaciones genéticas que causan enfermedades.

Sin embargo, esa práctica es considerada controversial por muchos eticistas y investigadores, que consideran que dichas técnicas podrían ser utilizadas para cambiar el ADN en embriones para fines no médicos. En algunos países, la utilización de herramientas de modificación de genes solo está permitida en células adultas que no tienen capacidad de reproducirse.

La propuesta de los expertos japoneses estará abierta a comentarios públicos desde el próximo mes y podría ser implementada en la primera mitad del próximo año.

Este logro es un avance revolucionario, y aunque está todavía muy lejos de su uso clínico, plantea la posibilidad de que la edición de genes para proteger a los futuros bebés de numerosas condiciones hereditarias.

Los especialistas de la Universidad de Medicina y Ciencia de Oregón, junto con sus colegas de California, China y Corea del Sur, lograron reparar decenas de embriones, arreglando una mutación que causa una condición cardiaca común conocida como miocardiopatía hipertrófica que puede provocar una muerte súbita entre quienes la padecen.

Los investigadores consiguieron que todas las células de los embriones no tuvieran mutaciones y evitaran crear mutaciones extra no deseadas. Si los embriones con la mutación reparada se convirtieran en bebés, no solo se curarían de esas enfermedades, sino que tampoco se las transmitirían a sus descendientes.

“Siempre hemos dicho que la edición de genes no debería hacerse, sobre todo porque no se podía hacer de manera segura. Eso sigue siendo cierto, pero ahora parece que pronto va a hacerse de forma segura”, dijo Richard Hynes, investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts, que colideró el comité científico nacional que hace varios meses recomendó nuevas directrices para la modificación de los embriones. Según Hynes, esta investigación es “un gran avance” en este campo.

De esta forma, han logrado modificar el ADN mediante el método CRISPR, que funciona de manera parecida a unas tijeras moleculares que pueden ‘recortar’ selectivamente partes no deseadas del genoma y reemplazarlas por nuevos tramos con el objetivo de corregir los genes defectuosos que causan enfermedades hereditarias.

Teóricamente, estos embriones podrían convertirse en personas completas si fueran implantados en un útero, pero los investigadores aseguran que fueron destruidos a los pocos días.

No es la primera vez que se realiza esta polémica práctica en el mundo: hasta la fecha, tres estudios similares han sido llevados a cabo por científicos chinos. Sin embargo, ningún experimento anterior ha trabajado con tantos embriones o lo ha hecho con tanta seguridad y eficiencia, sostiene Shoukhrat Mitalipov, director de la investigación.

Esta práctica despierta posturas encontradas. Algunos críticos –pertenecientes a organizaciones religiosas, grupos de sociedad civil y compañías de biotecnología, entre otros– sostienen que estos experimentos de manipulación germinal pueden desembocar en el controvertido nacimiento de los llamados ‘bebés de diseño’. Además, la comunidad de Inteligencia de EE.UU. tildó el año pasado el método CRISPR de potencial “arma de destrucción masiva”.

En diciembre de 2015, los científicos indicaron en una reunión internacional en la Academia Nacional de Ciencias (NAS) de EE.UU. que sería “irresponsable” utilizar esta tecnología con fines terapéuticos hasta que los asuntos de seguridad y eficacia fueran resueltos. A principios de este año, la NAS afirmó que los avances científicos han hecho que la edición de genes en células reproductivas humanas sea “una posibilidad realista que merece ser considerada seriamente”.

Se espera que los resultados de este estudio se publique pronto tras ser revisado por pares en una revista científica.