Investigadores de Medicine By Design de la Universidad de Toronto han diseñado una nueva plataforma para estudiar las primeras etapas del desarrollo humano en el laboratorio. tirando de la cortina sobre los procesos biológicos clave que hasta ahora han tenido lugar dentro del útero, más allá de la mirada de los científicos.

Se cree que es el primero de su tipo en Canadá, la tecnología permite que las células madre embrionarias humanas se autoorganicen en una estructura con características similares a las de un embrión, incluidos los primeros precursores de órganos como el cerebro, el corazón y el hígado.

Los investigadores que buscan tratar enfermedades aprovechando la capacidad del cuerpo humano para la autorrenovación han buscado durante mucho tiempo comprender estos procesos porque creen que tienen conocimientos que podrían ser críticos para el avance de nuevas terapias de medicina regenerativa. Pero obstáculos técnicos, Las preocupaciones éticas y las restricciones legales les han impedido estudiar estas etapas cruciales del desarrollo en embriones humanos en el laboratorio. Es por eso que los investigadores están recurriendo a la bioingeniería de células madre en busca de respuestas.

"Como es artificial, Entorno diseñado que puede imitar algunos de los principios organizativos fundamentales que creemos que son importantes para el desarrollo del embrión humano. nuestra plataforma tiene el potencial de aliviar algunos de los desafíos asociados con el estudio de embriones humanos en el laboratorio y proporcionar pistas muy útiles sobre cómo comienzan las etapas iniciales del desarrollo humano, "dijo Mukul Tewary, candidato a doctorado en el Instituto de Biomateriales e Ingeniería Biomédica de la U of T (IBBME). Es el autor principal de un artículo que describe la plataforma que aparecerá en noviembre en un número especial de Desarrollo y ha sido prepublicado en el sitio web de la revista.

"Saber esto no solo nos puede dar información desde un punto de vista biológico básico sobre cómo llegamos a ser, pero también proporcionan información clave que puede ser muy valiosa en el campo de la medicina regenerativa en su conjunto, "dijo Tewary.

Si bien algunos estudios en los EE. UU. Han demostrado previamente patrones de embriones "sintéticos", La plataforma de Tewary avanza la tecnología de maneras importantes que él cree que permitirá a los investigadores comenzar a probar las suposiciones que han hecho sobre la biología del desarrollo humano temprano basándose en estudios con animales y modelos matemáticos. Por último, Los investigadores esperan que esta información los acerque a un objetivo de larga data de la medicina regenerativa:usar células madre para hacer crecer nuevos tejidos y órganos en el laboratorio para reemplazar aquellos que han sido dañados por enfermedades.

Pero los científicos los especialistas en ética y los responsables de la formulación de políticas tendrán que sortear las espinosas cuestiones que plantean estas nuevas plataformas. "Hasta hace poco, esto no era algo que los bioeticistas hubieran considerado siquiera, "dijo Tewary.

Las estructuras similares a embriones humanos no tienen potencial para convertirse en seres humanos porque surgen de una capa de células madre embrionarias humanas, en lugar de un óvulo que ha sido fertilizado por un espermatozoide. Sin embargo, su advenimiento desafía nuestra definición de lo que es un embrión.

Hasta hace poco, No era técnicamente posible para los investigadores mantener vivos los embriones humanos en un plato más allá del punto en el que normalmente se implantarían en el útero, aproximadamente siete días después de la fertilización. Incluso si pudieran seguir siendo viables más allá de este punto, un consenso legal y regulatorio internacional de décadas de antigüedad, consagrado en Canadá en la Ley de Reproducción Humana Asistida, prohíbe a los científicos cultivar embriones humanos intactos en el laboratorio por más de 14 días. Ahí es cuando el embrión comienza a autoorganizarse a lo largo de un eje de la cabeza a la cola conocido como la racha primitiva. y justo antes de la gastrulación, cuando el disco de células de una sola capa llamado epiblasto forma tres capas distintas que eventualmente se convierten en diferentes tipos de órganos.

Los bioeticistas y científicos se establecieron en el umbral de los 14 días porque querían detener el crecimiento de embriones cultivados en laboratorio antes de que los precursores de las células cerebrales pudieran comenzar a formarse. eludiendo los debates sobre cuándo comienza la conciencia y la capacidad de sentir dolor.

Los avances recientes están permitiendo a los científicos cultivar embriones humanos en un plato durante períodos de tiempo más prolongados. poco menos de 14 días. Este desarrollo, junto con la creación de plataformas de ingeniería que dan lugar a derivados de células madre, estructuras embrionarias, han "puesto la biología del desarrollo humano en un curso de colisión con la 'regla de los 14 días', "advirtió un comentario del año pasado en Nature. O, como decía un titular reciente de la Revista de Tecnología del MIT, "Están llegando embriones humanos artificiales, y nadie sabe cómo manejarlos ".

Los científicos aún no están allí, pero los avances se están produciendo rápidamente. Durante los últimos tres años, Varios equipos de investigación han modelado el desarrollo embrionario temprano en el laboratorio colocando células madre embrionarias humanas en superficies con micropatrones. que les permiten controlar dónde y cómo se adhieren las células. Luego utilizaron diferentes medios para inducir el crecimiento y la diferenciación.

La plataforma desarrollada por Tewary y sus colegas en los laboratorios del profesor universitario Peter Zandstra y el profesor asociado del IBBME Rodrigo Fernández-González mejora ese trabajo de dos maneras. El equipo de investigación utilizó litografía con luz ultravioleta para transferir micropatrones a una placa cubierta de polímero. aumentando la eficiencia y solidez del proceso de creación de patrones en comparación con otras técnicas. Y a diferencia de otras plataformas, el suyo es de alto rendimiento, permitiéndoles crear muchos miles de estructuras similares a embriones y probar sus respuestas a una variedad de condiciones diferentes en cada experimento.

Ambas innovaciones les han permitido identificar con mayor precisión las señales y claves que impulsan el desarrollo temprano en embriones humanos. Tewary ahora está examinando cómo otros eventos de desarrollo, como patrones neuronales, puede ser sacado del sistema. Podrían proporcionar información sobre la gastrulación, que ocurre alrededor de 14 días después de la fertilización, planteando preguntas sobre cómo equilibrar las consideraciones éticas y legales con los descubrimientos que podrían transformar fundamentalmente la ciencia y la medicina.

A medida que estas plataformas de ingeniería se vuelven más sofisticadas, Los investigadores y los especialistas en bioética han expresado su preocupación de que las reglas actuales en torno a la investigación con embriones puedan ser inadecuadas para lo que podría suceder. especialmente si las estructuras similares a embriones derivadas de células madre comienzan a mostrar características que emergen en los embriones humanos mucho después de los primeros 14 días de desarrollo.

Algunos piden una amplia discusión internacional sobre si debe revisarse la regla de los 14 días. El año pasado, la Sociedad Internacional para la Investigación con Células Madre actualizó sus directrices sobre la investigación con células madre para "reconocer que el desarrollo de modelos in vitro cada vez más complejos de las primeras etapas del desarrollo humano debe someterse a una revisión especializada".

Otros argumentan que simplemente modificar la regla de los 14 días puede no ser suficiente. A principios de este año, Los investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard y la Universidad de Groningen argumentaron que tratar de prevenir la aparición de "características moralmente preocupantes" basadas en hitos del desarrollo como la racha primitiva no abordará adecuadamente las estructuras embrionarias que pueden omitir pasos o desarrollarse a lo largo de diferentes etapas. líneas de tiempo. Sugirieron, en lugar de, que los límites éticos deben "basarse lo más directamente posible en la generación de tales características, "con investigadores y bioeticistas trabajando juntos para desarrollar las reglas.

Pero incluso una vez que se alcanza un consenso, cualquier cambio podría tardar años en realizarse, dado el mosaico internacional de leyes y directrices científicas que rigen la investigación con embriones.

Zandstra, Supervisor de Tewary, dijo que está entusiasmado con las nuevas vías para responder preguntas biológicas fundamentales y hacer estructuras similares a órganos que abre esta plataforma, así como las oportunidades que brinda para un debate más amplio.

"Cataliza información legal interesante e importante, conversaciones sociales y éticas que son cruciales para que Canadá enfrente y lidere, "dijo Zandstra, quien ocupa la Cátedra de Investigación de Canadá en Bioingeniería de Células Madre y también es director de los Laboratorios Michael Smith y la Escuela de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Columbia Británica. "Como bioingeniero, no hay mucho más que puedas pedir a un proyecto ".

El número especial de Desarrollo celebrando el centenario de la publicación de D'Arcy Thompson Sobre el crecimiento y la forma , un libro fundamental sobre la aplicación de las matemáticas a la biología, se publicará el 28 de noviembre.