Durante su primera semana, un óvulo humano fertilizado se convierte en una bola hueca de 200 células y luego se implanta en la pared del útero. Durante las próximas tres semanas, se divide en diferentes tejidos del cuerpo humano.
Y esas pocas semanas cruciales siguen siendo, en su mayor parte, una caja negra.
«Conocemos los conceptos básicos, pero simplemente no conocemos los detalles más finos», dijo Jacob Hanna, biólogo del desarrollo del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel.
El Dr. Hanna y otros biólogos están tratando de descubrir estos detalles creando modelos de embriones humanos en el laboratorio. Inducen a las células madre a organizarse en grupos que adquieren algunas de las características esenciales de los embriones reales.
Este mes, El equipo del Dr. Hanna en Israelasí como grupos en Gran BretañaEL Estados Unidos Y Porcelana, todos los informes publicados de estos experimentos. Los estudios, aunque aún no se han publicado en revistas científicas, han despertado el interés de otros científicos, que han esperado durante años que tales avances puedan finalmente arrojar luz sobre algunos de los misterios del desarrollo humano temprano.
Los especialistas en ética han advertido durante mucho tiempo que el advenimiento de los modelos de embriones complicaría aún más la ya complicada regulación de dicha investigación. Pero los científicos detrás del nuevo trabajo se apresuraron a señalar que no habían creado embriones reales y que sus grupos de células madre nunca podrían dar a luz a un ser humano.
«Nuestros objetivos nunca tienen el propósito de la reproducción humana», dijo Tianqing Li, biólogo del desarrollo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming en China, quien dirigió uno de los nuevos estudios.
En cambio, el Dr. Li y sus colegas científicos esperan que los modelos de embriones conduzcan a nuevos tratamientos para la infertilidad e incluso enfermedades como el cáncer.
“Hacemos esto para salvar vidas, no para crearlas”, dijo Magdalena Zernicka-Goetz, bióloga del desarrollo de la Universidad de Cambridge y el Instituto de Tecnología de California, quien dirigió otro esfuerzo.
Durante décadas, los únicos embriones humanos que los biólogos del desarrollo podían estudiar eran muestras extraídas de abortos espontáneos o abortos. Como resultado, los científicos se han quedado con preguntas profundas sobre el inicio del desarrollo humano. El treinta por ciento de los embarazos fallan dentro de la primera semana y el 30% fallan en la implantación. Los investigadores luchan por explicar por qué la mayoría de los embriones no sobreviven.
Después del desarrollo de la fertilización in vitro en la década de 1970, los científicos comenzaron a estudiar los embriones donados por las clínicas de fertilidad. Algunos países han prohibido la investigación, mientras que otros han permitido que continúe, generalmente con un límite de 14 días. En este momento, el embrión humano comienza a adquirir algunas de sus principales características. una estructura denominada línea primitivapor ejemplo, organiza la disposición cabeza-pies que tomará el cuerpo.
Durante años, la regla de los 14 días fue cuestionable porque nadie podía mantener vivos a los embriones más de unos pocos días después de la fertilización. Las cosas se complicaron en 2016, cuando el grupo de la Dra. Zernicka-Goetz y otro equipo lograron mantener vivos los embriones. cerca de la marca de 14 días. Los embriones no sobrevivieron más porque los científicos los destruyeron.
El logro llevó a los científicos a debate la posibilidad de permitir que los embriones se desarrollen más allá de los 14 días. Pero incluso si estos experimentos se legalizaran, seguirían siendo difíciles de llevar a cabo porque la oferta de embriones donados es escasa.
En los últimos años, los investigadores han buscado una forma más fácil de estudiar embriones: haciendo modelos de ellos en el laboratorio. Los científicos han aprovechado el hecho de que las células madre, en las condiciones ambientales adecuadas, pueden convertirse en nuevos tipos de tejido.
Los adultos tienen células madre en solo unas pocas partes del cuerpo. en la piel, por ejemplo, las células madre producen una gama de nuevas células que curan heridas. En embriones tempranos, por otro lado, todas las células tienen el potencial de convertirse en una amplia variedad de tejidos.
El año pasado, Equipo de la Dra. Zernicka-Goetz Y El equipo de la Dra. Hanna usó células madre embrionarias de ratón para hacer modelos de embriones. Desde entonces, ellos y otros científicos han intentado hacer lo mismo con las células madre embrionarias humanas.
Cada equipo usó un método diferente, pero todos aprovecharon la misma biología subyacente. Para cuando un embrión humano se implanta en el útero, sus células han comenzado a divergir en diferentes tipos. Un tipo de célula continuará produciendo las células del cuerpo. Los otros tipos producirán tejidos que rodean al embrión durante el desarrollo, como la placenta. Estos tipos de células se envían señales moleculares que son esenciales para su desarrollo.
Los investigadores persuadieron a las células madre para que imitaran algunos de estos tipos de células y luego las mezclaron. Las células se unieron y espontáneamente se organizaron en grupos. Las células destinadas a convertirse en el embrión se amontonaron en el medio, mientras que los otros tipos migraron hacia el exterior.
A medida que las células se comunicaban entre sí, se dividían y formaban nuevas estructuras que parecían partes de embriones. El Dr. Mo Ebrahimkhani, biólogo del desarrollo de la Universidad de Pittsburgh, y sus colegas observaron la formación de un saco vitelino en su experimento, por ejemplo. Fuera del saco vitelino, incluso observaron el desarrollo de progenitores de células sanguíneas.
El Dr. Zernicka-Goetz y sus colegas también observaron el desarrollo de células que se asemejan a los precursores de los óvulos y los espermatozoides.
«Fue absolutamente emocionante», dijo la Dra. Zernicka-Goetz. «A veces es difícil creer que estas células madre están creciendo en estas estructuras».
Si los científicos pueden crear modelos de embriones cercanos y confiables, pueden realizar experimentos a gran escala para detectar posibles causas de fallas en el embarazo, como infecciones virales y mutaciones genéticas.
Los modelos también podrían conducir a otros avances médicos, señaló Insoo Hyun, miembro del Centro de Bioética de la Facultad de Medicina de Harvard que no participó en los nuevos estudios.
«Una vez que tenga los modelos de embriones en su lugar y pueda confiar en ellos, puede ser una forma interesante de detectar los medicamentos que toman las mujeres durante el embarazo», dijo. «Eso sería una gran ventaja».
El Dr. Hanna y el Dr. Ebrahimkhani también vieron la posibilidad de utilizar modelos de embriones como una nueva forma de tratamiento con células madre para enfermedades como el cáncer.
En los trasplantes de células madre convencionales, los médicos extraen células madre sanguíneas de la médula ósea antes de destruir las células cancerosas con radiación o quimioterapia. Luego envían las células sanas de regreso al cuerpo.
Desafortunadamente, este método no tiene un alto tasa de éxito. Algunos investigadores han sugerido que es más probable que las formas anteriores de células madre curen a los pacientes.
Los modelos de embriones podrían permitir a los médicos retroceder en el tiempo. Los investigadores tomarían células de la piel de un paciente y las rociarían con productos químicos para ponerlas en un estado similar al de las células madre. Con más baños químicos, estas células madre podrían transformarse en un embrión modelo, que a su vez podría convertirse en las primeras células sanguíneas que el paciente necesita después de un trasplante.
Alysson Muotri, bióloga del desarrollo de la Universidad de California en San Diego que no participó en los nuevos estudios, advirtió que los nuevos estudios solo demuestran una etapa preliminar. Por un lado, mientras que las técnicas a veces daban como resultado grupos similares a embriones, a menudo fallaban.
«El trabajo está en sus primeras etapas y los métodos actuales están lejos de ser confiables», dijo el Dr. Muotri.