Como un embrión temprano, cada mamífero, ave y reptil contiene un grupo de células con un poder notable. Llamado "el organizador", incita a las células vecinas a convertirse en lo que luego se convertirá en el cerebro y la médula espinal del animal. Los biólogos no han podido demostrar que tal organizador exista en embriones humanos debido a limitaciones éticas en dicha investigación. Pero ahora, por primera vez, estas células organizadoras han surgido en un plato de células madre humanas, y los investigadores han demostrado sus poderes de desarrollo usándolos para sembrar el comienzo de un segundo sistema nervioso en el embrión de un pollo.

"Es alucinante" que las células de tales especies evolutivamente distantes puedan compartir estas instrucciones de desarrollo, dice Ali Brivanlou, bióloga de células madre de la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York y autora principal del nuevo estudio. El organizador "se ha conservado evolutivamente durante cientos de millones de años, por lo que no verlo hubiera sido una sorpresa", dice.

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Pero, "Hay algo realmente emocional en mirar hacia atrás en el origen humano".

El estudio tiene comienzo bizarros y legendarios

El estudio del organizador tiene comienzos bizarros y legendarios. A principios de la década de 1920, el embriólogo alemán Hans Spemann y su estudiante de posgrado Hilde Mangold estaban explorando cómo los embriones de los animales vertebrados se transforman de una bola hueca de células a una estructura multicapa organizada a lo largo de un eje desde la futura cabeza hasta la cola futura.

En esa transición, el embrión forma un surco llamado veta primitiva y se pliega hacia adentro sobre sí mismo mientras las células maduran en diferentes linajes que luego darán lugar a todos los órganos y tejidos del cuerpo.

En los embriones de salamandra, Spemann y Mangold encontraron un grupo único de células en un extremo de la raya. Cuando se injertó en el embrión de una especie de salamandra diferente, incitó a las células cercanas a formar el comienzo de un cerebro y la médula espinal, una segunda salamandra naciente, de vientre a vientre con la primera.

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El estudio, considerado uno de los más importantes en biología del desarrollo, le valió a Spemann el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1935. "Fue el comienzo de la manipulación de diferentes partes del embrión para preguntar: '¿De dónde viene la información ... para hacer un cerebro o órganos discretos? '", dice Brivanlou.

Los científicos han encontrado organizadores similares-a veces llamados organizadores de Spemann-en los embriones de ranas, pájaros y ratones. Pero para ver a un organizador humano, tendrían que cultivar embriones uno o dos días más que el umbral de 14 días establecido por las directrices internacionales y la ley del Reino Unido. Ese es el punto cuando un embrión ya no es capaz de dividirse en gemelos y, por lo tanto, podría considerarse un individuo.

Así que Brivanlou y su equipo, en colaboración con el laboratorio del físico de la Universidad de Rockefeller Eric Siggia, encontraron una solución alternativa.

Cultivaron células madre derivadas de embriones humanos, que tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo, en platos de laboratorio con diseños especiales donde adoptan estructuras embrionarias. En el nuevo experimento, el equipo expuso las células a dos proteínas que son clave para el desarrollo embrionario. Esos factores de crecimiento llevaron a algunas de las células a expresar las características genéticas de un organizador.

Luego vino el injerto inspirado en Spemann y Mangold. Cuando los investigadores colocaron algunas de estas células humanas en un embrión de pollo, apareció una línea organizada de tejido neural junto con el propio sistema nervioso emergente de la gallina, informa hoy el equipo en línea en Nature. Las células organizadoras humanas, que en sí mismas están destinadas a convertirse en otros tipos de tejido (no neurales), aparentemente podrían dirigir a las células de pollo a cambiar su destino y comenzar a orientarse alrededor de un segundo eje corporal.

El biólogo Claudio Stern declara "el estudio un buen avance técnico"

El biólogo de desarrollo Claudio Stern de University College London llama al trabajo "un buen avance técnico", aunque con grandes limitaciones.

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Esta nueva capacidad para crear células organizativas fuera del embrión humano en desarrollo podría ayudar a los investigadores a comprender qué les da a estas células sus capacidades únicas de señalización. Pero el método no puede sustituir el estudio del organizador en un embrión real, que podría consistir en una mezcla de células más diversa que la que surgió de las colonias de células madre. Para averiguarlo, los investigadores tendrían que ir más allá del límite cultural de 14 días, algo que no se consideraba técnicamente factible hasta hace poco. "Si pudiéramos trabajar en él durante un día o dos más", dice Stern, "podríamos estudiar el auténtico organizador".

Aún así, el nuevo método podría usarse para estudiar cómo la señalización entre las células durante el desarrollo temprano varía entre los humanos y otras especies, dice Ben Steventon, un biólogo de desarrollo de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, que no participó en el estudio.

Mientras tanto, Brivanlou planea usar sus colonias celulares embrionarias para explorar los pasos clave en el desarrollo inicial y descubrir varias formas en que el proceso puede salir mal. Planea usar la herramienta de edición de genes CRISPR para introducir mutaciones causantes de enfermedades y observar sus efectos en algunas de las primeras etapas de desarrollo. Incluso la ventana de 4 días durante la cual su grupo puede mantener estas colonias en embriones creciendo es "un montón de tiempo" para explorar, dice. "Eso nos mantendrá ocupados por un par de generaciones".