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Con biorreactor innovador como matriz, las células madre de ratón se transforman en embriones llenos de órganos

Lo que sucede en el desarrollo embrionario es uno de los secretos mejor guardados de la naturaleza y se desarrolla en lo profundo del cuerpo de la madre. Ahora, los investigadores han abierto una nueva ventana en el proceso. Hicieron embriones de ratón artificiales a partir de células madre, sin necesidad de esperma ni óvulos, y utilizaron un biorreactor innovador para nutrir sus creaciones durante más tiempo que cualquier modelo de embrión anterior. Los embriones simulados desarrollaron una anatomía que coincidía con la real y “similitudes muy impresionantes a nivel celular. Las células adecuadas surgen en el momento adecuado”, dice el biólogo de células madre Niels Geijsen del Centro Médico de la Universidad de Leiden, que no participó en el trabajo.

La hazaña, reportada esta semana en Célulamayo permitir a los biólogos profundizar en los mecanismos de desarrollo y entender mejor lo que sale mal en los defectos de nacimiento. Y el líder del equipo, el biólogo de células madre Jacob Hanna del Instituto de Ciencias Weizmann, dice que a continuación espera hacer lo mismo con células madre humanas comparables.

Los investigadores ya han retomado partes del desarrollo temprano con imitaciones de embriones hechas de una variedad de células madre humanas o de ratón, incluidas las células madre embrionarias (ES), que se derivan de embriones normales y pueden formar todos los tejidos del cuerpo. Han imitado el blastocisto, la etapa de desarrollo simple que se implanta en el útero, y han recreado la gastrulación, cuando los embriones se vuelven multicapa. Sin embargo, estos embriones simulados chocaron contra un muro de desarrollo. Sus células comienzan a especializarse pero no se fusionan en órganos.

Un obstáculo ha sido mantener vivos a los embriones artificiales durante más de unos pocos días. El año pasado, Hanna y sus colegas dieron a conocer un procedimiento de crianza que les permitió cultivar embriones de ratón estándar fuera del cuerpo de la madre durante un tiempo récord de 11 días. (La gestación típica de un ratón es de unos 20 días). Un paso clave consiste en colocar los embriones en una incubadora equipada con un dispositivo similar a una rueda de la fortuna, que hace girar los embriones dentro de botellas de líquido llenas de nutrientes y factores de crecimiento. La configuración permite al equipo controlar con precisión las condiciones de crecimiento, como los niveles de oxígeno.

Sin embargo, esos embriones procedían de óvulos de ratón fertilizados. Para determinar si el mismo procedimiento permitiría que las células madre se transformaran en embriones completos, el equipo de Hanna mezcló células ES de ratón básicas con linajes de células ES modificadas genéticamente para generar tejidos fuera del embrión que dan forma y apoyan su crecimiento. Después de criar inicialmente las congregaciones de células en placas de cultivo, el equipo las cambió a botellas giratorias el quinto día.

Para el octavo día, los «embrioides» eran muy similares a los embriones naturales de 8,5 días de edad y se jactaban de tener un corazón palpitante, extremos de cabeza y cola distintos, los segmentos en forma de bloque que se convierten en músculos esqueléticos, un cerebro y una médula espinal en desarrollo, y los comienzos de otros órganos. Los investigadores también midieron la actividad genética en más de 40 000 células embrioides y encontraron todos los tipos de células esperados en las ubicaciones correctas, dice Hanna.

“Este es un estudio importante, ya que demuestra que las células ES por sí solas pueden generar estructuras embrionarias completas que contienen todos los órganos tempranos completamente in vitro”, dice el biólogo celular Jun Wu del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas.

El crecimiento del embrión sintético en el día 8 (arriba) se compara con el crecimiento del embrión natural (abajo) durante el mismo período de tiempo
La tinción de tejidos de embriones de ratón normales de 8,5 días (arriba) y «embrioides» de 8 días derivados de células madre de ratón muestra un crecimiento y una ubicación de órganos comparables.Laboratorio Jacob Hannna/Instituto Weizman

Por razones desconocidas, los embriones artificiales se estancaron en el octavo día de desarrollo. Los investigadores esperan superar esta barrera y ampliar aún más el desarrollo. Aún así, los embriones derivados de células madre tienen una ventaja sobre los embriones de ratón normales para la investigación porque las células están disponibles en mayor cantidad y los científicos pueden manipularlas más fácilmente, dice el biólogo de células madre Nicolas Rivron del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia de Ciencias de Austria. .

El procedimiento actual para hacer los embriones simulados falla la mayoría de las veces: menos del 1% de las agregaciones celulares iniciales forman imitaciones de embriones. Pero, señala Hanna, «la ventaja de esta técnica es que podemos hacer millones de agregados en un solo lote».

Lograr la misma hazaña con células madre embrionarias humanas podría evitar algunas de las controversias de la investigación con embriones humanos. “Esto proporciona una alternativa ética y técnica al uso de embriones”, dice Rivron.

Hanna cofundó una empresa que investigará si el enfoque funcionará con células madre pluripotentes inducidas por humanos, que se derivan de células adultas en lugar de embriones. Las células y los tejidos de un embrión liberan factores que orquestan el correcto desarrollo de sus vecinos. Por lo tanto, el cultivo de células madre en embriones artificiales primero puede proporcionar una mejor manera de producir tipos de células que se pueden trasplantar para tratar enfermedades humanas. Es «más fisiológico», dice Hanna.

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Escrito por Redaccion NM

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