Solo dos semanas después de anunciar el desarrollo de un modelo de embrión de ratón, completo con corazones latiendo y las bases para un cerebro y otros órganos, a partir de células madre de ratón, los investigadores del laboratorio de Magdalena Zernicka-Goetz, profesora de biología e ingeniería biológica de Bren, han publicado nuevos hallazgos sobre otro modelo de embrión de ratón que alcanza etapas de desarrollo similares, pero creado únicamente a partir de células madre embrionarias de ratón. Esta modificación ha simplificado el protocolo y facilita la adopción del modelo embrionario en otros laboratorios.

El nuevo estudio aparece en la revista Cell Stem Cell el 8 de septiembre. La investigación fue dirigida por los estudiantes graduados Kasey Lau y Hernan Rubinstein de la Universidad de Cambridge y el Instituto de Ciencias Weizmann, respectivamente.

«Este descubrimiento abre nuevas vías para comprender por qué se pierde la gran mayoría de los embarazos humanos y para crear conocimiento que evitará que esto suceda», dice Zernicka-Goetz, quien también es profesora de desarrollo de mamíferos y biología de células madre en la Universidad de Cambridge en el Departamento de Fisiología, Desarrollo y Neurociencia.»Este conocimiento también nos permitirá, con el tiempo, reparar tejidos y órganos de manera mucho más efectiva de lo que podemos hacer ahora».

«A medida que desarrollemos más estos modelos, aprenderemos más sobre las señales que inician y guían el desarrollo de órganos, lo que nos dará rutas para ayudar a generar órganos en cultivo que finalmente encontrarán aplicación en cirugía de trasplante o en medicina regenerativa». ella explica.

En un artículo publicado en la revista Nature el 25 de agosto, el equipo detalló cómo desarrollar un modelo de embrión de ratón a partir de células madre embrionarias y extraembrionarias de ratón. En lugar de crear embriones de ratón mediante el método biológico natural de combinar óvulos y espermatozoides, el equipo guió a tres poblaciones de células madre cultivadas para que interactuaran, induciendo la expresión de ciertos genes y estableciendo un entorno para que las células «hablaran» entre sí. Como resultado, las células madre se autoorganizaron en estructuras que luego progresaron a través de sucesivas etapas de desarrollo hasta que el modelo de embrión de ratón tuvo corazones latiendo y las bases para un cerebro y todos los demás órganos, además del saco vitelino y que facilitan el gas y los nutrientes. intercambio entre el embrión y la madre. Esta es la etapa de desarrollo más avanzada lograda hasta la fecha en un modelo derivado de células madre.

Naturalmente, en los primeros días después de la fertilización, se desarrollan tres tipos principales de tejidos en el embrión de ratón temprano : uno eventualmente se convertirá en los tejidos del cuerpo y los otros dos apoyarán el desarrollo del embrión. Uno de estos dos últimos tipos, conocido como trofectodermo, se convertirá en la placenta, que conecta al feto con la madre y le proporciona oxígeno y nutrientes. El otro, conocido como endodermo primitivo, dará lugar al saco vitelino, donde crece el embrión y del que recibe nutrientes en las primeras etapas del desarrollo.

Se pueden derivar tres tipos de células madre de cada uno de estos tres tejidos del embrión de ratón y cultivarse indefinidamente en el laboratorio.

Partiendo de la investigación anterior, el modelo de embrión de ratón informado en el nuevo artículo solo está hecho de un único tipo de célula madre cultivada : las células madre embrionarias (ESC). Las ESC no tratadas se convierten en el cuerpo del embrión. Los investigadores convencen a otra línea ESC para que se convierta en células madre extraembrionarias del endodermo, que proporcionan un conjunto de señales de desarrollo. El equipo también impulsa una tercera línea ESC para convertirse en células madre trofoblásticas, que proporcionan un segundo conjunto de señales de desarrollo. Por lo tanto, el equipo puede reconstituir los tres tejidos principales del embrión de ratón en desarrollo comenzando solo con ESC. Esto ha simplificado el protocolo al tiempo que conserva los importantes eventos de señalización entre los tres tejidos, que son fundamentales para construir el plan corporal del embrión.

«De los tres tipos de células madre, solo las ESC son pluripotentes, es decir, solo las ESC tienen el potencial de convertirse en cualquier tejido del cuerpo», explica Zernicka-Goetz. «Pero para hacer esto, requieren los otros dos tipos de células madre extraembrionarias. Las ESC se pueden dirigir para que se conviertan en estos otros dos tipos de células extraembrionarias. De esta manera, terminamos con tres tipos de células iniciales, todas generadas a partir de la sola línea ESC».

El artículo se titula «El modelo de embrión de ratón derivado exclusivamente de células madre embrionarias sufre neurulación y desarrollo cardíaco». Lau y Rubinstein son los primeros autores del estudio. Otros coautores son Carlos Gantner de la Universidad de Cambridge, el becario postdoctoral de Caltech Ron Hadas, Gianluca Amadei de la Universidad de Cambridge, Yonatan Stelzer del Instituto Weizmann de Ciencias en Israel y Zernicka-Goetz. Los fondos fueron proporcionados por los Institutos Nacionales de Salud, el Centro Allen Discovery para el Rastreo de Linaje, el Consejo Europeo de Investigación, Wellcome Trust, Open Philanthropy/Silicon Valley Community Foundation y la Fundación Weston Havens.