Modelos de embriones tempranos generados a partir de células madre de ratón
ARRIBA: Concepto artístico del proceso de fabricación de estructuras similares a blastocistos a partir de células cultivadas. El proceso comienza con un tipo de célula, progresa hacia una estructura de dos compartimentos y termina con la generación de una estructura similar a un blastocisto que muestra los tres primeros linajes que aparecen durante la embriogénesis de los mamíferos: epiblasto en amarillo, endodermo primitivo en rosa y trofectodermo en azul. La lluvia representa los factores de crecimiento y los productos químicos aplicados a las células durante el proceso de fabricación. YANG YU
Un solo tipo de célula madre de ratón puede generar una estructura en cultivo capaz de autoorganizarse para generar tanto células embrionarias como aquellas que son los precursores de la placenta, según un estudio publicado hoy (17 de octubre) en Cell. El trabajo allana el camino para una mayor comprensión del desarrollo de los mamíferos y de cosas que pueden salir mal al principio del embarazo.
Los autores han generado estructuras que tienen algunas de las propiedades de un blastocisto, aunque claramente no todas, dice Janet Rossant, bióloga de la Universidad de Toronto y el Hospital para los Niños Enfermos que no participaron en el trabajo. Sería bastante sorprendente si estas células tuvieran todas las características de un blastocisto, explica, porque se trata de líneas de células madre que se derivaron en cultivo de una variedad de fuentes diferentes y en condiciones de cultivo muy complejas y que en realidad pueden replicar el tipo de progresión hacia adelante del desarrollo del linaje en el embrión temprano en un período de tiempo bastante corto es pedir mucho a las células.
A pesar de años de investigación, la información que los científicos tienen sobre el desarrollo durante la preimplantación, el tiempo después de una el óvulo es fertilizado, pero antes de que el embrión se asiente en el útero es limitado, dice Jun Wu, biólogo de UT Southwestern Medical Center. Para abordar esta falta de información, él y sus colegas se propusieron construir un embrión temprano o algo parecido. Anteriormente, los científicos habían llegado tan lejos como para construir una estructura similar a un blastocisto llamada blastoide, que combinaba dos tipos de células madre. Una de las limitaciones de estos blastoides es que se ensamblaron para imitar un blastocisto, lo que significa que los investigadores no pudieron examinar el desarrollo anterior. También dejaron de desarrollarse muy temprano porque les faltaba un tejido llamado endodermo primitivo, el precursor del saco vitelino.
Un blastoide generado a partir de una sola célula madre pluripotente extendida (EPS). El verde marca el trofoectodermo y el rojo marca la masa celular interna, que dará lugar a endodermo primitivo y células similares al epiblasto. mediante el tratamiento de células embrionarias de ratón o células de piel adulta con un cóctel especial que les ayuda a mantener la pluripotencialidad. El equipo combinó un sistema de cultivo tridimensional, un conjunto de factores de crecimiento y moléculas de señalización, y ambos medios utilizados para el cultivo de embriones y los utilizados para las células madre derivadas del trofoblasto, el tejido que da lugar a la placenta.
Una célula EPS originalmente derivada de un crecimiento celular embrionario de ratón solo no duró en el sistema de cultivo. Pero cuando los investigadores cultivaron una sola célula EPS resistente a los antibióticos con un grupo de células EPS no resistentes y luego trataron las células con un antibiótico para eliminar gradualmente las células no resistentes, obtuvieron blastoides clonales de la única célula resistente en alrededor del 3 por ciento. del tiempo. También pudieron desarrollar blastoides a partir de células EPS derivadas originalmente de fibroblastos de ratón adulto.
Para el quinto día de crecimiento, los blastoides se parecían a los blastocistos a los cuatro días y medio de desarrollo: una bola hueca de células con un grupo de células agrupadas en su interior. Para el día cinco o seis, los blastoides EPS contenían células con similitudes con los tres linajes celulares que se encuentran en los blastocistos: trofectodermo, endodermo primitivo y epiblasto, que da origen al embrión. Cuando el equipo permitió que los blastoides se desarrollaran aún más en el cultivo, observaron algunas similitudes estructurales y de expresión génica con los embriones de ratón después de la implantación.
También realizaron análisis de secuenciación de ARN a granel y de células individuales de blastoides y blastocistos. . Observamos todos los genes que se expresan en cada tipo de célula diferente en nuestra estructura en comparación con un embrión normal y. . . de hecho, hay muchas diferencias entre los blastocistos y los blastoides, dice Wu. En el futuro, creo que esto sentará las bases para seguir entendiendo cuál es la función de algunos de los genes que están regulados diferencialmente entre nuestra estructura y los embriones in vivo.
Finalmente, Wu y sus colegas implantaron blastoides o blastocistos en los úteros de ratones sustitutos. Los blastoides indujeron fácilmente estructuras precursoras de la placenta, aunque estas estaban malformadas y retrasadas y variaban en tamaño mucho más que las estructuras inducidas por blastocistos. Los tejidos formados por los propios blastoides implantados mostraron algunos marcadores embrionarios, pero el tejido estaba desorganizado, en marcado contraste con los embriones de control bien formados.
Izquierda: un ratón de siete días y medio después de la implantación embrión generado mediante la transferencia de un blastocisto natural a un ratón hembraDerecha: una estructura similar a un embrión posterior a la implantación de siete días y medio de edad generada mediante la transferencia de un blastoide a un ratón hembraRonghui Li, Cuiqing Zhong, Yang Yu
La pregunta más importante es: ¿por qué esas células madre no se desarrollan completamente en un embrión? dice Nicolas Rivron, biólogo del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia de Ciencias de Austria. Rivron no participó en el estudio actual, pero dirigió el equipo que usó dos líneas de células madre para generar blastoides trabajo que se publicó en 2018. Al crear esas estructuras de abajo hacia arriba, nos encontramos con todo tipo de problemas que enfrentan las células madre. para desarrollarse, lo que podría dar una idea de los procesos de desarrollo y el embarazo, dice, y agrega que es importante pensar en los blastoides como modelos. Estas son entidades que son extremadamente diferentes de los embriones y que de ninguna manera deben considerarse como herramientas o estructuras para dirigir la reproducción.
El verdadero santo grial es: ¿puedes hacer esto con células madre humanas? dice Rossant. Es posible que estos modelos de embriones derivados de células madre no imiten completamente el desarrollo normal, pero podrían ser suficientes para ayudarlo a comprender un poco más las formas en que los linajes extraembrionario y embrionario pueden comunicarse entre sí en el desarrollo humano.
R. Li et al., Generación de estructuras similares a blastocistos a partir de cultivos de células adultas y embrionarias de ratón, Célula, doi:10.1016/j.cell.2019.09.029, 2019.
Abby Olena es una periodista independiente que vive en Carolina del Norte . Encuéntrala en Twitter @abbyolena.