A pesar de los importantes avances biomédicos en las últimas décadas, los eventos más tempranos del desarrollo humano, aquellos que ocurren durante una ventana crítica justo después de la fertilización, han permanecido como un misterio no observable, hasta ahora.
Una nueva investigación de científicos de la Universidad Rockefeller muestra, por primera vez, procesos moleculares y celulares en el desarrollo humano que ocurren hasta el día 14 después de la fertilización. Publicado en Naturaleza el 4 de mayo, el innovador sistema es el primero en el que el proceso de implantación se ha replicado con éxito en un entorno experimental, fuera del útero. Esta novedosa técnica también amplía enormemente la capacidad de responder preguntas básicas sobre nuestro propio desarrollocomo para entender la pérdida temprana del embarazo.
La implantación es un paso crucial en el desarrollo humano. Ocurriendo poco después de la fertilización, la implantación es el proceso por el cual la pequeña bola hueca de células llamada blastocisto se adhiere al útero, permitiendo que un embrión comience a tomar forma.
"Esta porción del desarrollo humano fue una caja negra completa", dice Ali Brivanlou, Robert y Harriet Heilbrunn, profesor y jefe del Laboratorio de Biología de Células Madre y Embriología Molecular. Para arrojar luz dentro de esa caja, los investigadores superaron varios problemas clave: rodearon el blastocisto con el entorno químico adecuado y proporcionaron un andamio adecuado para que se adhiera.
Investigaciones previas de la coautora Magdalena Zernicka-Goetz y sus colegas de la Universidad de Cambridge establecieron un método similar usando blastocistos de ratón, después de múltiples intentos de definir la combinación correcta de factores. Esto provocó que Brivanlou y sus colegas, incluidos los asociados de investigación Alessia Deglincerti yGist Croft, la especialista en investigación Lauren Pietila, y el científico Eric Rockefeller Eric Siggia, Viola Ward Brinning y Elbert Calhoun Brinning Professor y jefe del Laboratorio de Física Teórica de la Materia Condensada, para adaptar la técnica y crear una cultura de apego para los embriones humanos.
"A través de esta colaboración internacional y multidisciplinaria que combina la embriología del ratón, la embriología humana y la física, pudimos crear un sistema que recapitula correctamente lo que sucede durante la implantación humana", dice Deglincerti. Una diferencia conocida entre el desarrollo del ratón y el humano es la formael blastocisto se encuentra a medida que se produce la implantación: es oblongo en los ratones pero tiene forma de disco en los humanos. "De hecho, reproducimos el disco", dice Deglincerti.
variaciones humanas
Una vez que el sistema estuvo en su lugar, los investigadores determinaron que los embriones mostraban los hitos característicos del desarrollo normal, incluido el momento de los eventos clave que ocurren en el desarrollo embrionario temprano hasta 12 días después de la fertilización. Viendo esta etapa de desarrollo con tanto detallepor primera vez también descubrió algunas sorpresas.
Por un lado, hubo diferencias inesperadas entre las observaciones del equipo en humanos y los hallazgos previos de los experimentos con ratones. "Con este trabajo, realmente podemos apreciar las diferencias entre humanos y ratones, y en todos los mamíferos", dice Brivanlou ".Debido a las variaciones entre especies, lo que aprendemos en los sistemas modelo no es necesariamente relevante para nuestro propio desarrollo, y estos resultados proporcionan información crucial que no podríamos aprender en otros lugares ".
También inesperado fue un fenómeno que observaron conocido como autoorganización. En términos simples, la autoorganización es cuando partes de un sistema se ordenan sin ninguna influencia externa, y se ve tanto en los sistemas vivos como en los no vivos. Un ejemploes la formación de un copo de nieve, donde las moléculas de agua independientes se unen en formas simétricas y formas sin fuerza externa. A mayor escala, la autoorganización es un factor en la formación de galaxias y cosmos.
"Habíamos visto autoorganización usando este sistema en el embrión de ratón y también en células madre embrionarias humanas, pero no anticipamos que veríamos la autoorganización en el contexto de un embrión humano completo", dice Brivanlou."Sorprendentemente, al menos hasta los primeros 12 días, el desarrollo se produjo normalmente en nuestro sistema en ausencia total de aportes maternos".
Los científicos originalmente plantearon la hipótesis de que la implantación inducía la diafonía molecular necesaria para el desarrollo. Continúan creyendo que este diálogo ocurre, pero sus hallazgos indican que esto no es necesario hasta el día 12.
Implicaciones para la infertilidad y más allá
Además de las ideas sobre los detalles moleculares de este proceso, los hallazgos de Brivanlou y sus colegas tienen varias implicaciones clínicas. En el futuro cercano, la capacidad de estudiar la implantación en cultivo probablemente arroje luz sobre por qué ocurren algunos abortos espontáneos tempranos y por qué enLa fertilización in vitro tiene una alta tasa de fracaso.
A largo plazo, el trabajo podría avanzar en el tratamiento de una variedad de enfermedades con células madre embrionarias humanas. "Para que ese enfoque sea efectivo, tenemos que entender de dónde provienen estas células y qué decisiones toman 'hemos hecho y estamos a punto de hacerlo a nivel molecular ", dice Croft." Solo con ese conocimiento, específicamente de las células humanas, podemos controlar su capacidad para convertirse en tipos de células que son útiles para la detección o el trasplante de drogas ".
Quizás lo más importante, este nuevo método abre la puerta a una amplia variedad de estudios, nunca antes posible, sobre los eventos moleculares que ocurren durante las primeras etapas del desarrollo humano.
"Vamos a dar un paso atrás para el primer día y avanzar sistemáticamente", dice Brivanlou. "Nos gustaría obtener la firma molecular completa y luego pasar a cómo estas células se comunican entre sí paraaveriguar en qué tipo de célula se supone que se convertirán. Hay mucho más por estudiar durante esta etapa y esperamos arrojar más luz sobre este paso vital en el desarrollo humano ".
ética embrionaria
De acuerdo con las pautas bioéticas internacionalmente reconocidas, los experimentos del grupo concluyeron el día 14 después de la fertilización, mucho antes de que se observen incluso los primeros signos de desarrollo del sistema nervioso.
un acompañante Naturaleza el comentario, sin embargo, sugiere que la limitación actual de 14 días debe ser reevaluada. Amy Wilkerson de Rockefeller, autor correspondiente Insoo Hyun de la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve, y Josephine Johnston del Centro Hastings argumentan que es crucial entender cómola directriz se aplica a diferentes tipos de investigación de embriones en diferentes jurisdicciones y para reevaluar sus pros y sus contras.
"Ahora que es posible cultivar embriones humanos hasta el límite de 14 días y tal vez más allá, es el momento adecuado para que la comunidad científica eduque al público sobre los beneficios potenciales y trabaje con los reguladores sobre el consenso ético para guiar estoinvestigación importante ", dice Wilkerson, vicepresidente asociado de apoyo a la investigación en Rockefeller.
Si bien Brivanlou planea enfocarse en comprender la implantación inicial con más detalle a corto plazo, los autores del comentario sugieren que revisar la regla de los 14 días de una manera que pueda apoyar la investigación y acomodar diversas preocupaciones morales podría permitir a los científicos modelar aspectos adicionalesdel desarrollo humano temprano, y potencialmente arrojar luz sobre los trastornos que resultan en pérdidas prematuras del embarazo y defectos de nacimiento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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