Crean un modelo de un embrión humano temprano a partir de células de la piel

En un descubrimiento que revolucionará la investigación sobre las causas del aborto espontáneo temprano, la infertilidad y el estudio del desarrollo humano en sus etapas iniciales, un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, generó un modelo de un embrión humano a partir de células de la piel.

El equipo, dirigido por el profesor José Polo, ha reprogramado con éxito estos fibroblastos o células de la piel en una estructura celular tridimensional que es morfológica y molecularmente similar a los blastocistos humanos. Llamados iBlastoides, pueden usarse para modelar la biología de embriones humanos tempranos en el laboratorio.

La investigación, publicada hoy en Nature, fue dirigida por el profesor Polo, del Biomedicine Discovery Institute de la Universidad de Monash y del Regenerative Medicine Institute de Australia, e incluye a los primeros autores, el Dr. Xiaodong (Ethan) Liu y el estudiante de doctorado Jia Ping Tan, así como los grupos de colaboradores australianos, la Dra. Jennifer Zenker, de la Universidad de Monash, y el profesor Ryan Lister, de la Universidad de Australia Occidental. También han intervenido colaboradores internacionales, el profesor asociado Owen Rackham, de la Universidad Nacional Duke de Singapur, y el profesor Amander Clark, de UCLA (Estados Unidos).

El logro es un avance significativo para el estudio futuro del desarrollo humano temprano y la infertilidad. Hasta la fecha, la única forma de estudiar estos primeros días era mediante el uso de blastocistos difíciles de obtener por procedimientos de fecundación in vitro.

«Estamos realmente asombrados de que las células de la piel se puedan reprogramar en estas estructuras celulares en 3D que se asemejan al blastocisto«

«iBlastoids permitirá a los científicos estudiar los primeros pasos del desarrollo humano y algunas de las causas de la infertilidad, las enfermedades congénitas y el impacto de las toxinas y los virus en los embriones tempranos, sin el uso de blastocistos humanos y, lo que es más importante, a una escala sin precedentes, acelerando nuestra comprensión y el desarrollo de nuevas terapias«, comenta el profesor Polo.

El Laboratorio de Polo logró generar los iBlastoides utilizando una técnica llamada «reprogramación nuclear», que les permitió cambiar la identidad celular de las células de la piel humana que, cuando se colocan en un andamio de “gelatina” 3D conocido como matriz extracelular, se organizan en forma de blastocisto, en estructuras a las que llamaron iBlastoides.

Los iBlastoides modelan la genética y la arquitectura generales de los blastocistos humanos, incluida una estructura similar a una masa celular interna formada por células similares a un epiblasto, rodeadas por una capa externa de células similares a un trofectodermo y una cavidad que se asemeja al blastocele.

En los embriones humanos, el epiblasto se convierte en el embrión propiamente dicho, mientras que el trofectodermo se convierte en placenta. Sin embargo, tal y como comenta Polo, «los iBlastoides no son completamente idénticos a un blastocisto. Por ejemplo, los blastocistos tempranos están encerrados dentro de la zona pelúcida, una membrana derivada del óvulo que interactúa con los espermatozoides durante el proceso de fertilización y luego desaparece. Como los iBlastoides se derivan de fibroblastos adultos, no poseen zona pelúcida”.

La infertilidad y el aborto espontáneo pueden ser causados porque el embrión humano en etapa temprana no se implanta o no progresa en el momento de la implantación

El autor principal del artículo de Nature, el Dr. Xiaodong (Ethan) Liu, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Polo, afirma que «sólo cuando todos los datos se reunieron y apuntaron al mismo lugar, pudimos creer que habíamos hecho un gran descubrimiento«.

Coprimer autor y estudiante de doctorado del Laboratorio de Polo, Jia Ping Tan, agrega que: «Estamos realmente asombrados de que las células de la piel se puedan reprogramar en estas estructuras celulares en 3D que se asemejan al blastocisto«.

La investigación se publica cuando la Sociedad Internacional para la Investigación con Células Madre está a punto de publicar directrices para la investigación sobre el modelado de embriones humanos in vitro después de los informes de 2017 y 2018 sobre la generación de «blastoides» de ratón in vitro por científicos del Reino Unido y Holanda, así como los avances producidos en la generación de células madre humanas que replican aspectos del desarrollo embrionario temprano. Estas pautas se esperan para principios de este año.

No se sabe si las nuevas directrices harán referencia al estudio publicado hoy en Nature, que es el primero en producir un modelo integrado de células madre que imita de cerca el destino clave y las decisiones espacio-temporales tomadas por el embrión humano temprano. Sin embargo, en un artículo publicado en Stem Cell Reports el pasado febrero (2020), la Sociedad afirma que: «si tales modelos pudieran desarrollarse para el embrión humano temprano, tendrían grandes beneficios potenciales para comprender el desarrollo humano temprano, para la ciencia biomédica, y para reducir el uso de animales y embriones humanos en la investigación. Sin embargo, las pautas para la conducción ética de esta línea de trabajo no están bien definidas en la actualidad«.

Aunque no existe un precedente legislativo con respecto al trabajo con modelos de blastocistos de células madre integradas humanas como iBlastoides, todos los experimentos contaron con la aprobación del departamento de Ética Humana de la Universidad de Monash de conformidad con la ley australiana y las directrices internacionales que hacen referencia a la «regla de la línea primitiva» que establece que los blastocistos humanos no pueden cultivarse más allá del desarrollo de la línea primitiva, una estructura transitoria que aparece en el día 14 en el desarrollo embrionario.

Según estas recomendaciones legislativas, aunque los iBlastoides son diferentes de los blastocistos, el Laboratorio de Polo no cultivó sus iBlastoides más allá del día 11 in vitro y fueron controlados de cerca para detectar la aparición de genes primitivos asociados a las líneas.

La infertilidad y el aborto espontáneo pueden ser causados por embriones humanos en etapa temprana que no se implantan o no progresan en el momento de la implantación. Esto ocurre en las primeras 2 semanas después de la concepción, cuando las mujeres ni siquiera saben que están embarazadas. Es probable que estos abortos espontáneos “silenciosos”’ representen una proporción significativa del número total de abortos espontáneos que ocurren y, según el profesor Polo, la generación de iBlastoides proporciona un sistema modelo que permitirá conocer esta etapa temprana del embarazo.

El profesor Ross Coppel, vicedecano de Investigación de la Facultad de Medicina de la Universidad de Monash, señaló que este descubrimiento permitirá el desarrollo de métodos mejorados para la fecundación in vitro, el desarrollo de protocolos para la terapia génica de embriones y métodos de detección mejores y más informativos para nuevos medicamentos.

«Con más investigación y los recursos adecuados, este descubrimiento podría abrir industrias completamente nuevas para Australia e internacionalmente«, concluye Coppel.

Fuente: Nature.