Estructuras similares a blastocistos humanos fabricadas en el laboratorio
ARRIBA: Un blastoide humano con núcleos etiquetados en azul, membranas celulares en rojo y uniones celulares en verde CORTESÍA DE JUN WU LAB, UT SUROESTE
Para comprender mejor las etapas más tempranas del crecimiento humano, los investigadores pueden examinar embriones donados o células madre embrionarias humanas, las cuales tienen un suministro limitado, o abordar sus preguntas con modelos animales. En dos estudios publicados hoy en Nature (17 de marzo), los autores presentan una opción complementaria: el blastoide humano, un sistema de modelo tridimensional similar a un blastocisto que recapitula muchos de los eventos en el primer 10 días de desarrollo humano y no requiere ningún material de partida de un embrión humano.
Estos documentos son una gran noticia, dice Marta Shahbazi, bióloga del desarrollo en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Inglaterra que no participó en el trabajo. Estudiar el desarrollo humano es bastante desafiante porque . . . es muy difícil acceder a los embriones humanos, por lo que desarrollar un modelo de células madre es una excelente manera de ayudar al progreso del campo.
Un blastocisto es un embrión humano alrededor de cinco o seis días después de la fertilización que está creciendo y preparándose para implantarse en la pared uterina. Está formado por una capa esférica externa llamada trofoectodermo, compuesta por células conocidas como trofoblastos que son los precursores de la placenta, y dentro de la esfera hay una cavidad característica que contiene la denominada masa celular interna. Este grupo de células contiene tres tipos de células embrionarias: el ectodermo, el mesodermo y el endodermo, que eventualmente se dividirán para llenar la cavidad. Estos tejidos tienen el potencial de dar lugar a todas las células del cuerpo y son las células que los investigadores utilizan para derivar células madre embrionarias humanas.
El período de desarrollo humano temprano cercano a la implantación es clave para comprender los defectos del desarrollo. y la pérdida del embarazo, dice Jun Wu de los Centros Médicos Southwestern de la Universidad de Texas, pero especialmente en esta etapa. . . es esencialmente una caja negra.
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Para generar una alternativa a los embriones humanos para la investigación y abrir esa caja negra, Wu y sus colegas previamente generó blastoides a partir de células madre de ratón y demostró que podían formar algunas estructuras embrionarias, pero no todas, cuando se implantaban en una hembra sustituta. Para hacer un blastoide humano, sometieron a líneas de células madre embrionarias humanas registradas en los Institutos Nacionales de Salud y líneas de células madre pluripotentes inducidas a condiciones de cultivo destinadas a empujar a las células para que formen una estructura similar a un blastocisto. Alrededor del 1020 por ciento de las veces, su estrategia dio como resultado blastoides, que encontraron que tienen patrones de expresión génica similares a los blastocistos, son capaces de generar células madre a partir de células internas similares a masas celulares y, con cultivos adicionales, pueden formar embriones periimplantacionales. como estructuras y adherirse a platos de plástico.
Lo que fue completamente sorprendente es que cuando los juntas, se autoorganizan. Parece que se comunican entre sí de alguna manera que debemos investigar.
José Polo, Universidad de Monash
Como describen en su estudio, los investigadores también trataron los blastoides con cuatro inhibidores diferentes para isoformas específicas de blastocisto humano de la enzima proteína quinasa C. El equipo determinó que algunas de estas isoformas eran importantes para generar cavidades en los blastoides, lo que indica que la enzima puede desempeñar un papel especializado en la formación de cavidades en blastocistos humanos.
En el otro estudio, un equipo de investigación dirigido por José Polo, biólogo del desarrollo de la Universidad de Monash en Australia, comenzó con un protocolo previamente publicado para reprogramar fibroblastos humanos en células madre trofoblásticas. Notaron que alrededor de tres semanas después, las células se estaban diferenciando en el cultivo en células que se parecían a los tres tipos de células que se encuentran en un embrión humano muy temprano. Cuando transfirieron grupos de estas células de sus placas de cultivo planas a un sistema de cultivo tridimensional, se formaron varios tipos de estructuras. Entre aproximadamente el 6 y el 18 por ciento de estas unidades tridimensionales tenían una cavidad interna con un grupo de células adyacentes que producían varios marcadores de pluripotencia, como lo hace la masa celular interna en un blastocisto. Por el contrario, las células externas que rodeaban la cavidad se parecían más a las células del trofoblasto.
Lo que fue completamente sorprendente es que cuando las juntas, se autoorganizan, dice Polo. Parece que se comunican entre sí de alguna manera que debemos investigar.
Los blastoides claramente tienen patrones de morfología y expresión génica que se asemejan a algunos de los aspectos del blastocisto, dice Janet Rossant, bióloga de células madre. en la Universidad de Toronto y el Hospital for Sick Children que no participaron en el trabajo. Hay algunas limitaciones en la estrategia de los blastoides, agrega: el endodermo primitivo no parece formarse muy bien, hay otros tipos de células en las mezclas que no están bien definidas y la eficiencia para producir los blastoides es bastante baja.
Ninguno de los artículos afirma que son perfectos, dice Rossant, pero existe el potencial para observar cómo el trofectodermo cana como los embriones se desarrollan más, señalan a la masa celular interna para promover realmente el resto del desarrollo. Tiene acceso al desarrollo del blastocisto, las primeras etapas de implantación, cómo funciona el trofoblasto, tal vez un poco de comprensión de cómo se requiere que el embrión y los linajes embrionarios adicionales se comuniquen entre sí para un desarrollo normal. Según Rossant, algunos de los próximos pasos son mejorar la estrategia haciéndola más robusta, eficiente y reproducible.
En el futuro, se podrían generar grandes cantidades de blastoides para investigar cuestiones sobre infertilidad, implantación , y el efecto de los productos químicos o patógenos en el desarrollo temprano sin usar embriones humanos reales, dice Polo, porque podría comenzar con fibroblastos adultos.
Todos los expertos están de acuerdo en que con las estrategias de futuro brillante viene la importancia de considerar las implicaciones éticas de generar grupos de células que se asemejan a embriones muy tempranos. Estos modelos de blastoides son un hito emocionante para este campo emergente, dice a The Scientist Sophie Petropoulos, bióloga del desarrollo de la Universidad de Montral que no participó en ninguno de los estudios. Cuestiones de política y pautas para la conducta ética relacionados con los modelos de embriones en 3-D [están] actualmente no bien definidos, agrega. Este modelo plantea preocupaciones y requiere una conversación más larga.
X. Liu et al., Modelado de blastocistos humanos mediante la reprogramación de fibroblastos en iBlastoids, Nature, doi:10.1038/s41586-021-03372-y, 2021.
L. Yu et al., Estructuras similares a blastocistos generadas a partir de células madre pluripotentes humanas, Nature, doi:10.1038/s41586-021-03356-y, 2021.