Desbloqueando la caja negra del desarrollo embrionario

Desbloqueando la caja negra del desarrollo embrionario

La colaboración internacional mejora el método de cultivo de embriones de primates para aprender más sobre el desarrollo humano

LA JOLLA—Poco se sabe acerca de los eventos moleculares y celulares que ocurren durante el desarrollo embrionario temprano en las especies de primates. Ahora, un equipo de científicos de renombre internacional en China y Estados Unidos ha creado un método que permite que los embriones de primates crezcan en el laboratorio por más tiempo que nunca, lo que permite a los investigadores obtener detalles moleculares de los procesos de desarrollo clave por primera vez. Esta investigación, aunque se realiza en células de primates no humanos, puede tener implicaciones directas para el desarrollo humano temprano.

Los resultados, publicados en Ciencia: el 31 de octubre de 2019, brinda información valiosa sobre el desarrollo embrionario temprano y puede ayudar potencialmente a informar enfoques para avanzar en la medicina regenerativa en humanos.

“Nuestro estudio proporciona una primera mirada a esta caja negra del desarrollo temprano”, dice Juan Carlos Izpisúa Belmonte, coautor para la correspondencia y profesor en el Laboratorio de Expresión Génica de Salk. "Ahora podemos observar cómo progresan las células a través de cada etapa embrionaria y qué factores necesitan para desarrollarse, lo que ayudará a crear mejores opciones para la generación de una variedad de células y tejidos".

“Para comprender los mecanismos celulares y moleculares que subyacen a la gastrulación de primates, comenzamos experimentos de cultivo de embriones de mono en China hace tres años. Debido a la experiencia de larga data del equipo en el estudio sistemático de primates no humanos y sistemas de investigación reproductiva bien establecidos, como una plataforma de fertilización in vitro, logramos nuestros objetivos. Esto puede ayudar a arrojar luz sobre aspectos previamente desconocidos del desarrollo humano posterior a la implantación”. dice Weizhi Ji, coautor correspondiente, profesor y decano del Instituto de Medicina Traslacional de Primates de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming, en China.

Los científicos querían estudiar un hito temprano del desarrollo llamado gastrulación, que ocurre cuando un embrión en desarrollo se transforma en una estructura de varias capas, llamada gástrula, de la cual se derivarán todos los tejidos y órganos futuros. Una capa se convertirá en los pulmones, el tracto gastrointestinal y el hígado; otro se convertirá en el corazón, los músculos y los órganos reproductores; y un tercero se convertirá en la piel y el sistema nervioso. Sin embargo, los científicos no conocían los impulsores moleculares y celulares de este proceso en los primates, en gran parte debido al acceso limitado a los embriones tempranos.

"Nuestro objetivo era cultivar un embrión de primate desde un punto de tiempo temprano para estudiar el proceso de desarrollo", dice Jun Wu, coautor del artículo y profesor asistente en el Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas. “Queríamos monitorear los embriones todos los días para observar su forma, tamaño y patrones de migración, así como también cómo generan diferentes tipos de células durante el desarrollo temprano de los primates”.

Para estudiar mejor esta transformación crítica, los científicos modificaron un protocolo de cultivo de embriones previamente establecido para permitir que un embrión de primate temprano se desarrolle en condiciones de laboratorio por hasta veinte días; anteriormente, los investigadores solo habían podido mantener embriones de primates cultivados antes de la segunda semana de gestación. Usando el nuevo protocolo, el equipo descubrió que las células dentro de los embriones cultivados mostraban trayectorias de desarrollo claras hacia cada capa de la gástrula, y los resultados revelaron algunos de los detalles moleculares necesarios para este crecimiento. Los datos también podrían usarse como un recurso para ayudar a extender la duración del embrión cultivado más allá de los veinte días para estudiar mejor la diferenciación de células madre (especialización).

“Estos resultados iluminan algunas de las redes de regulación y vías de señalización que son cruciales para el desarrollo de los primates”, dice Izpisua Belmonte. “Este sistema proporciona una base y un recurso para desarrollar mejores estrategias para examinar el desarrollo temprano de primates tanto en salud como en enfermedad, en el laboratorio”.

Otros autores incluyeron a Yuyu Niu, Nianqin Sun, Chang Li, Chenyang Si, Jinkuan Wei, Yu Kang, Wei Si, Hong Wang, E Zhang, Lu Zhao, Ziwei Li y Tao Tan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming; y Ying Lei, Xi Dai, Chuanyu Liu, Zhihao Huang y Longqi Liu de BGI-Shenzhen.

El trabajo fue financiado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave (2016YFA0101401), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81760271), Proyectos Principales de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Yunnan (2017ZF028) y Proyectos Clave del Programa de Investigación Básica en la Provincia de Yunnan (2017FA010) ). El trabajo en el laboratorio de Juan Carlos Izpisua Belmonte fue apoyado por The Moxie Foundation.

DOI: 10.1126/ciencia.aaw5754