Descubriendo los secretos del desarrollo humano temprano a través de modelos de blastema

Es uno de los momentos más decisivos de la vida: ese paso crucial en el desarrollo embrionario, cuando una bola difusa de células se reorganiza en una estructura ordenada de tres capas que allana el camino para todo lo que vendrá. Este proceso crucial, conocido como gastrulación, ocurre en la tercera semana del desarrollo humano.

El estómago es el origen de nuestra individualidad, la manifestación de nuestro eje. «Es el primer momento que separa nuestras cabezas de nuestros traseros».

Ali Brivanlou, Universidad Rockefeller

La observación de los fundamentos moleculares de este evento fundamental contribuiría en gran medida a ayudar a los científicos a prevenir abortos espontáneos y trastornos del desarrollo. Pero estudiar el estómago humano ha demostrado ser tecnológicamente difícil y éticamente complejo, por lo que los métodos actuales han tenido un éxito limitado a la hora de ampliar nuestra comprensión de la evolución humana temprana. Brivanlou y sus colegas han demostrado ahora cómo un sistema modelo de células madre conocido como blástula puede permitir estudiar los matices del estómago humano en presencia de tipos de células extraembrionarias antes de la implantación. Su estudio fue publicado en Informes de células madreDescribe el potencial científico y clínico de esta nueva plataforma.

«El procedimiento gástrico fue una enorme caja negra», dice Brivanloo. «Nunca nos habíamos visto en ese momento». «Esto nos acerca a comprender cómo empezamos».

El blastocisto es mejor

Antes de la implantación, el embrión es una bola de unas 250 células organizadas en un blastocisto. Esta elusiva bola de células era difícil de estudiar directamente, por lo que los científicos desarrollaron modelos de blastocistos basados ​​en células madre. Los explosivos pueden clonarse, manipularse experimentalmente y programarse, lo que permite a los científicos estudiar explosivos idénticos una y otra vez.

La pregunta era si era posible irritar el estómago en el laboratorio. A diferencia de los blastocistos in vivo, que deambulan por el útero hasta que se adhieren al tejido materno, las blástulas eran buenas para modelar la bola de células de la que emerge la vida, pero no estaba claro si este modelo in vitro podría modelar etapas posteriores del desarrollo humano. Esto continuó hasta que Brivanlou desarrolló una plataforma que permitía la adhesión de blastos in vitro, avanzando así hacia la gastrulación.

«Entonces pudimos ver la ruptura de la simetría ectodérmica, que se caracteriza por la expresión de BRA, por primera vez en alta resolución molecular», dice Ricardo De Santis, investigador asociado en el laboratorio de Brivanlou y autor principal del estudio. «Esto nos permitió empezar a hacer preguntas más detalladas sobre los primeros momentos de la vida».

Con esta claridad sin precedentes, el equipo observó directamente dos momentos clave en la gastrulación: el primer evento de ruptura de la simetría del epiblasto y la aparición de marcadores moleculares de la raya primitiva y el mesodermo tras la asociación in vitro.

La raya primitiva es la estructura que marca el inicio de la gastrulación y sienta las bases de las tres capas básicas del embrión. Una de estas capas, el mesodermo, se forma durante la gastrulación y da lugar a los músculos, los huesos y el sistema circulatorio. El equipo descubrió que, ya siete días después de la unión, ya podían utilizar marcadores moleculares para detectar la primera firma de la naciente línea primitiva y de las células del mesodermo.

Para confirmar sus hallazgos, el equipo también comparó los resultados de las blástulas con datos de embriones humanos conectados in vitro y demostró que las blástulas expresan los mismos genes in vitro que un embrión normal en esa etapa expresa in vivo, una fuerte evidencia del poder de las blástulas como modelos. del desarrollo embrionario humano. Para resaltar aún más el poder del sistema de blástula in vitro, el equipo lo utilizó para demostrar que las vías que regulan el ascenso de la línea primitiva y el mesodermo in vivo también regulan la ruptura de la simetría de la blástula in vitro, todas ellas con nada más que células madre. – Blastotipos derivados.

En el camino, el equipo también demostró que la gastrulación en el laboratorio puede comenzar el día 12, antes de lo que se pensaba anteriormente. «Esto va a cambiar los libros de texto», afirma Brivanlou. «Hemos contribuido a redefinir la firma molecular y el momento del inicio de la gastrulación tras la unión in vitro».

Posibilidades terapéuticas

Los resultados muestran que los explosivos, cuando se combinan con la plataforma de conexión única del Laboratorio Brivanlou, ahora son capaces de impartir conocimientos sobre la evolución humana temprana que durante mucho tiempo han sido inaccesibles. DeSantis imagina un futuro en el que la investigación basada en el blastema conduzca a avances en el diagnóstico y tratamiento de trastornos del desarrollo o proporcione información sobre las posibles causas del aborto espontáneo temprano durante el bypass gástrico.

«Muchas parejas no pueden tener hijos porque el embrión no se adhiere correctamente y muchos abortos espontáneos ocurren en las primeras semanas de embarazo», explica DeSantis. «Ahora tenemos un sistema modelo que puede ayudarnos a comprender el mecanismo molecular que determina si un embarazo será exitoso o no». En un futuro próximo, De Santis espera combinar este método con el aprendizaje automático para ayudar a predecir los resultados del embarazo y las trayectorias de los trastornos del desarrollo observando cómo funcionan en el laboratorio los modelos de blastema construidos con ciertas combinaciones genéticas.

«Una mejor comprensión de la gastrulación (y la capacidad de estudiarla utilizando un sistema modelo confiable) afecta todo, desde la supervivencia fetal hasta el autismo y la neurodegeneración».