Los científicos imitan el desarrollo natural de los mamíferos utilizando células madre

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El pequeño embrión de ratón tiene un corazón que late. Sus músculos, vasos sanguíneos, intestino y sistema nervioso están comenzando a desarrollarse. Pero este embrión es inusual: se hizo en un laboratorio, con un ratón células madre embrionarias, y representa el modelo in vitro (en un plato) más sofisticado de un mamífero jamás creado.

Este nuevo modelo, desarrollado en la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia por Christine y Bernard Thisse, es un gran paso adelante en los esfuerzos de los científicos por imitar el desarrollo natural de un mamífero mediante el uso de células madre. Su existencia es una maravilla que ayudará a los científicos a comprender el desarrollo de los mamíferos, combatir enfermedades, crear nuevos medicamentos y, eventualmente, desarrollar tejidos y órganos para personas que necesitan trasplantes.

Encontramos una manera de instruir a los agregados de células madre para iniciar el desarrollo embrionario. En respuesta a esta instrucción controlada, los agregados se convierten en entidades similares a embriones en un proceso que recapitula los pasos embrionarios uno por uno. Lo sorprendente es que podemos obtener la variedad de tejidos que están presentes en un auténtico embrión de ratón “.

Christine Thisse, PhD, Departamento de Biología Celular, Universidad de Virginia

Bernard Thisse, PhD, quien también forma parte del Departamento de Biología Celular, destacó la importancia del avance: “Los órganos humanos están hechos de múltiples tipos de células que se originan en diferentes partes del embrión en crecimiento”, dijo.

“El intestino, por ejemplo, está hecho de células que forman un tubo hueco. Se han hecho modelos de este tubo en un plato y se llaman organoides intestinales. Sin embargo, este tubo no es suficiente para hacer un intestino funcional porque este órgano contiene otros componentes, como músculos lisos, vasos sanguíneos y nervios que controlan la función del intestino y que están hechos de células de diferentes orígenes.

La única forma de tener toda la variedad de células necesarias para la formación de órganos funcionales es desarrollar sistemas en los que estén presentes todas las células precursoras. Las entidades similares a embriones que hemos diseñado utilizando células madre están proporcionando precisamente esto “.

El potencial de las células madre

Las células madre son células especiales que pueden convertirse en otros tipos de células con funciones específicas. Por ejemplo, las células madre se convierten en nuestros corazones, nuestro cerebro, nuestros huesos, nuestros nervios. Por eso, los científicos han estado ansiosos por aprovechar el potencial de las células madre, para ponerlas a trabajar para hacer avanzar la investigación médica y beneficiar a los pacientes humanos. Pero la construcción de modelos sofisticados con múltiples tipos de células ha resultado increíblemente desafiante.

Es mucho más fácil dirigir la formación de un solo tipo de célula en un plato que dirigir la orquesta necesaria para que un organismo se desarrolle como en la naturaleza.

El nuevo modelo de Thisses destaca por su sofisticación. Es el primer modelo in vitro de un embrión de mamífero con tantos tejidos que se construirán a partir de células madre, informan los investigadores. Más importante aún, esas estructuras están organizadas como deberían estar, alrededor de la notocorda (el precursor de la columna vertebral), un rasgo definitorio de los animales vertebrados. En el modelo de Thisses, diferentes tipos de células se entrelazan de manera elegante y correcta, un gran logro.

Para lograr esto, los Thisses y sus colaboradores tuvieron que superar algunos de los mayores desafíos en el campo de las células madre. Los modelos anteriores no se desarrollaron adecuadamente, o no estaban organizados correctamente, o estaban plagados de otros problemas.

Utilizando su experiencia en biología del desarrollo y basándose en su trabajo anterior utilizando células de embriones de peces (publicado en la revista Science en 2014), los Thisses resolvieron estos problemas. El resultado es el comienzo de un ratón en un plato con células y tejidos debidamente organizados.

Con el modelo de Thisses, la notocorda está presente y contabilizada; el tracto digestivo comienza a desarrollarse; el corazón late; y, por primera vez in vitro, se desarrolla un sistema nervioso con la formación de un tubo neural.

“Este modelo de ratón in vitro muestra que somos capaces de inducir a las células a ejecutar programas de desarrollo complejos en la sucesión correcta de pasos. Tener toda la variedad de tejidos fabricados nos permite esperar que la comunidad científica pueda construir órganos con una adecuada vascularización, inervación e interacciones con otros tejidos “, dijo Christine Thisse.

“Esto es esencial para poder algún día producir órganos de reemplazo humanos funcionales en un plato. Esto superaría la escasez de órganos para trasplantes”.

El nuevo modelo de Thisses aún no es un mouse completo y no puede convertirse en uno. Aún faltan partes clave, como la parte anterior del cerebro. Por ahora, el desarrollo de los embrioides se detiene en un momento correspondiente al período medio de gestación de un embrión de ratón.

El verdadero logro de los investigadores es desarrollar un enfoque eficaz para crear estructuras sofisticadas de tipo embrionario, imitando el desarrollo de un embrión de ratón. Esto avanza sustancialmente en su campo y brinda a los científicos un control más personalizado sobre las células madre del que jamás hayan conocido.

“Los embrioides que estamos produciendo actualmente carecen de los dominios cerebrales anteriores”, dijo Bernard Thisse. “Sin embargo, con las técnicas que hemos desarrollado, deberíamos ser capaces, en algún momento, de manipular las señales moleculares que controlan la formación de embriones, y esto debería conducir a la generación de entidades similares a embriones que contengan todos los tejidos y órganos, incluido el cerebro anterior”.

“El conocimiento que adquirimos a lo largo de toda nuestra carrera de biólogos del desarrollo sirvió como punto de partida para este estudio en el campo de las células madre”, dijo Christine Thisse. “Este fue un gran salto para nosotros, pero demuestra que si tienes una idea sólida, se puede usar para cruzar barreras y se puede desarrollar para otros fines. Yo digo que para los estudiantes: nada es definitivo, hay espacio para saber más y para resolver problemas “.

“Ver el desarrollo de un embrión es algo maravilloso de contemplar”, añadió. “Tengo suerte de que mi trabajo me haya llevado a contribuir al conocimiento de cómo se desarrollan los embriones de invertebrados y vertebrados, y que utilizando estos principios, pudimos producir la formación de embriones en un plato utilizando células madre como ladrillos de construcción”.

Fuente:

Referencia de la revista:

Xu, PF., et al. (2021) Construcción de un modelo de embrión de mamífero a partir de células madre organizadas por un centro de señalización de morfógenos. Comunicaciones de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-021-23653-4.

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