Recrean parte del desarrollo embrionario en una placa de Petri

Al cultivar células madre de ratón en un gel especial, un equipo de investigadores ha conseguido recrear unas estructuras similares a las partes de un embrión precursoras de los tejidos neuronales, óseos, y musculares durante cinco días, un avance que podría ayudar a investigar los efectos de los fármacos con eficacia y sin usar ratones vivos.

Los resultados de la investigación, liderada por científicos del Instituto Max Planck de Genética Molecular (MPIMG) de Berlín (Alemania) se publican este jueves en la revista Science.

Mientras que los embriones de peces, anfibios o aves pueden ser fácilmente observados en el crecimiento, las fases iniciales de la gestación en los mamíferos -cuando el embrión experimenta profundos cambios de forma y desarrolla precursores de varios órganos- es un complejo proceso que los científicos no pueden ver.

Ahora, un equipo de investigadores ha logrado replicar esta fase central del desarrollo embrionario en un cultivo, haciendo crecer por primera vez la parte central del tronco a partir de células madre embrionarias de ratón, y recrear el proceso en una placa de Petri. 

Las estructuras tienen un tamaño aproximado de un milímetro y poseen un tubo neural a partir del cual se desarrollaría la médula espinal, puntualiza el estudio. 

Además, tienen somitas, unas estructuras que se forman a ambos lados del tubo neural y que son los precursores del esqueleto, el cartílago y el músculo; algunas de estas estructuras, incluso, desarrollan los precursores de órganos internos como el intestino.

Todo el proceso tiene lugar igual que en el desarrollo normal de un mamífero, al menos durante cinco días, después de este tiempo los paralelismos acaban.

"Este modelo de desarrollo embrionario inicia una nueva era" porque "nos permite observar la embriogénesis del ratón directamente, de forma continua, y con un gran número de muestras paralelas, lo que no sería posible en el animal", aclara Bernhard G. Herrmann, codirector del MPIMG y coautor del estudio 

"Podemos obtener resultados más detallados más rápidamente, y sin necesidad de investigación con animales", explica Alexander Meissner, codirector del MPIMG y coautor del estudio junto a Herrmann.

"De los procesos más complejos como la morfogénesis, normalmente solo obtenemos instantáneas pero esto cambia con nuestro modelo", subraya.

Para lograr este avance, el gel ha sido esencial. Hasta ahora, solo ha sido posible cultivar grupos de células a partir de células madre embrionarias, los llamados gastruloides.

Pero en el cultivo celular, la señal requerida la genera un gel especial que imita las propiedades de la matriz, una sustancia gelatinosa que consiste en una compleja mezcla de moléculas de proteína extendidas que es secretada por las células y se encuentra en todo el cuerpo como un material de relleno elástico, especialmente en los tejidos conectivos. 

"El gel proporciona apoyo a las células cultivadas y las orienta en el espacio; pueden distinguir el interior del exterior, por ejemplo", explica Jesse Veenvliet, uno de los autores principales del estudio. 

Cinco días después del cultivo, los investigadores disolvieron las estructuras en células individuales y las analizaron individualmente. 

"Aunque no todos los tipos de células están presentes en las estructuras del tronco, son sorprendentemente similares a un embrión de la misma edad", destaca Adriano Bolondi, que también es el autor principal del trabajo. 

Después, con ayuda de una bioinformática, compararon la actividad genética de las estructuras con los embriones de ratón reales: "Encontramos que todos los genes marcadores esenciales se activaron en el momento adecuado en los lugares adecuados de los embriones, y que solo un pequeño número de genes estaban fuera de línea", afirma Bolondi.

Finalmente, introdujeron una mutación con efectos conocidos en el desarrollo en su modelo y pudieron recrear los resultados de embriones "reales", validando aún más su modelo y proporcionando ejemplos de manipulación del proceso de desarrollo con agentes químicos.