Los últimos hallazgos en reproducción asistida pueden ser la llave para la creación de tejidos y órganos que puedan ser utilizados en un futuro en transplantes humanos. Así se acaba de presentar en el reciente 10^th International IVIRMA Congress, celebrado en Málaga. En concreto, este equipo de investigadores liderado por el Dr. Jacob Hanna, del Departamento de Genética Molecular del Weizmann Institute of Science, crearon células sintéticas de ratón sin restricciones de desarrollo y descubrieron un potencial de desarrollo embrionario y extraembrionario en plataformas que simulaban un útero controladas electrónicamente, generando así embriones completos con órganos.  

El resultado fue un modelo de embrión sintético de ratón con células progenitoras o especializadas con un corazón que late, un cerebro con pliegues bien formados, un saco vitelino, un tubo neural, un tracto intestinal, una placenta y una circulación sanguínea incipiente con tan solo ocho días de desarrollo, casi la mitad de los 20 días de gestación que requiere un ratón.

Tal y como explica el Dr. Hanna, profesor asociado del Weizmann Institute of Science: “El embrión es el punto de partida perfecto para generar órganos y la mejor bioimpresora en 3D, y eso es la clave para poder crear mecanismos que nos permitan hacer que las células madre se diferencien de las células especializadas del cuerpo o directamente formen órganos enteros. Esto ha sido muy complicado hasta ahora, y para lograrlo ha sido clave para ello liberar el potencial de autoorganización codificador de las células madre”.

¿Cómo lo consiguieron? Como punto de partida, se basaron en avances anteriores de su laboratorio, como reprogramar células madre y devolverlas a su etapa más temprana. Además, contaban con la eficacia de un dispositivo que hacía las veces de útero para cultivar embriones de ratón (naturales, en esta investigación previa) mediante una solución nutritiva dentro de vasos que se mueven continuamente, simulando la forma en que los nutrientes son suministrados por el flujo sanguíneo a la placenta y controlando estrictamente el intercambio de oxígeno y la presión atmosférica.

En el nuevo estudio, el equipo se propuso cultivar un modelo de embrión sintético únicamente a partir de células madre de ratón que habían sido cultivadas durante años en una placa de Petri, prescindiendo de la necesidad de partir de un óvulo fecundado. Antes de colocar estas células en el dispositivo exútero, las dividieron en 3 grupos: un grupo en que se dejaron tal cual y otros dos que se pretrataron para dar lugar a tejidos extraembrionarios.  Al mezclarlos en el dispositivo, un 0,5% formaron esferas que se convirtieron en una estructura similar a un embrión. Posteriormente, los investigadores pudieron observar la placenta y los sacos vitelinos formándose fuera de los embriones y el desarrollo del modelo sintético como en un embrión natural.

“Cuando se compararon con embriones naturales de ratón, los modelos sintéticos mostraron un 95% de similitud tanto en la forma de las estructuras internas como en los patrones de expresión génica de los distintos tipos celulares. Los órganos observados en los modelos daban todos los indicios de ser funcionales”, afirma el Dr. Hanna.

Un abanico de posibilidades con vistas a los transplantes del futuro

El objetivo más realista a largo plazo es estudiar cómo las células madre forman diversos órganos en el embrión en desarrollo para abrir nuevos horizontes terapéuticos en materia de trasplante de órganos. Esto podría dar lugar a la posibilidad de que algún día se puedan cultivar tejidos y órganos utilizando modelos de embriones sintéticos.

Pero para poder tener la posibilidad de desarrollar células con fines terapéuticos, es necesario comprender sus mecanismos de reprogramación y diferenciación, observando estas transiciones de las células madre durante de la embriogénesis y la organogénesis, además de estudiar el grado de equivalencia de las células in vitro con aquellas in vivo.

Además, este proyecto podría contribuir a simplificar el debate ético de experimentar con embriones naturales, además de reducir las pruebas en laboratorio con animales. En gran medida, se podría eludir los problemas técnicos y éticos que plantea el uso de embriones naturales en la investigación y la biotecnología. Incluso en el caso de los ratones, ciertos experimentos son actualmente inviables porque requerirían miles de embriones, mientras que el acceso a modelos derivados de células embrionarias de ratón, que crecen en incubadoras de laboratorio por millones, es prácticamente ilimitado.

El próximo reto es entender cómo las células madre saben qué hacer: cómo se autoensamblan en órganos y encuentran el camino hacia los lugares que les han sido asignados dentro de un embrión. Y como este sistema, a diferencia de un útero, es transparente, puede resultar útil para modelar defectos de nacimiento e implantación de embriones humanos.

“En lugar de desarrollar un protocolo distinto para cultivar cada tipo de célula -por ejemplo, las del riñón o el hígado-, quizá algún día podamos crear un modelo sintético similar al embrión y luego aislar las células que necesitemos. No tendremos que dictar a los órganos emergentes cómo deben desarrollarse. El propio embrión lo hace mejor”, concluye el Dr. Hanna.