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6 - Septiembre - 2022
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Científicos de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, y el Instituto de Tecnología de California (Caltech), en EEUU, han creado un embrión con cerebro y corazón latiendo a partir de células madre cultivadas en laboratorio. El trabajo, fruto de un proyecto de diez años de trabajo de investigación, ha sido publicado en Nature. Esta es la etapa de desarrollo más avanzada lograda hasta la fecha en un modelo derivado de células madre. Investigadores de la Universidad de Cambridge y Caltech han creado modelos de embriones de ratón a partir de células madre, que pueden convertirse en casi cualquier tipo de célula del cuerpo, con corazón latiendo, las bases de un cerebro primitivo y el resto de órganos del cuerpo de ratón. Los resultados son la culminación de más de una década de investigación básica y podrían ayudar a los investigadores a comprender por qué algunos embriones no salen adelante produciendo abortos espontáneos mientras que otros progresan a fetos en un embarazo saludable. El hallazgo también será útil para curar o desarrollar órganos humanos dañados o crear órganos sintéticos aptos para trasplante.

Para guiar el desarrollo de su embrión sintético, los investigadores reunieron células madre cultivadas que representaban cada uno de los tres tipos de tejido embrionario y les facilitaron, mediante manipulación in vitro, desarrollarse en proporciones y en un entorno propicio para su crecimiento y comunicación entre sí, lo que condujo a un embrión. Coordinados por Magdalena Zernicka-Goetz, profesora de Biología e Ingeniería Biológica en Caltech y experta en mamíferos y biología de células madre en el Departamento de Fisiología, Desarrollo y Neurociencia de Cambridge, ensamblaron embriones derivados de células madre in vitro a partir de células madre embrionarias (ESC) y extraembrionarias -células madre trofoblásticas (TSC) y células madre del endodermo extraembrionario (iXEN) para potenciar el desarrollo natural del embrión creado artificialmente. "Mostramos que dicho ensamblaje facilita el desarrollo natural completo del embrión de ratón en el útero hasta el día 8,5", concretan.

Magdalena Zernicka-Goetz.

Un gran avance en este estudio es la capacidad de generar todo el cerebro, en particular la región anterior, que ha sido un "santo grial" en el desarrollo de embriones sintéticos. El embrión "artificial" tenía pliegues en la cabeza con regiones definidas del prosencéfalo y el mesencéfalo, un cerebro primitivo que da lugar a al región cerebral anterior durante la fase de desarrollo embrionario, y una estructura similar a un corazón que late, un tronco que comprende un tubo neural y somitas, que originan los músculos y la piel, además de un tubo intestinal y células germinales primordiales, que se encargan de la formación de los gametos (óvulos y espermatozoides).

El modelo de embrión se desarrolló sin óvulos ni espermatozoides, que se desarrolló en un saco vitelino extraembrionario. Los investigadores imitaron los procesos naturales en el laboratorio al guiar los tres tipos de células madre que se encuentran en el desarrollo temprano de los mamíferos hasta el punto en que comienzan a interactuar. Al inducir la expresión de un conjunto particular de genes y establecer un entorno único para sus interacciones, los investigadores lograron que las células madre se comunicaran" entre sí. Las células madre se autoorganizaron en estructuras que progresaron a través de las sucesivas etapas de desarrollo hasta que los embriones sintéticos tuvieron corazones latiendo y las bases para un cerebro, así como el saco vitelino donde se desarrolla el embrión y del cual recibe nutrientes en sus primeras semanas.

Comparación entre un embrión natural y uno sintético, ambos con corazón y pliegues en el encéfalo (en color) que darán lugar al cerebro.

"Nuestros resultados demuestran la capacidad de autoorganización de las células madre embrionarias y de dos tipos de células madre extraembrionarias para reconstituir el desarrollo de los mamíferos", señalan en el estudio. Los investigadores encontraron que las células extraembrionarias envían señales a las células embrionarias a través de señales químicas, pero también mecánicamente o a través del tacto, guiando el desarrollo del embrión. "Esto abre nuevas posibilidades para estudiar los mecanismos del neurodesarrollo en un modelo experimental", explica Zernicka-Goetz. "Los embriones sintéticos muestran exactamente los defectos conocidos en el desarrollo del cerebro como en un animal que lleva esta mutación. Esto significa que podemos comenzar a aplicar este tipo de enfoque a los muchos genes con una función desconocida en el desarrollo del cerebro".

Pero además, el ratón sintético es capaz de desarrollar un corazón que late, todos los componentes que forman el cuerpo", explica. "Es increíble que hayamos llegado tan lejos. hHa sido un sueño perseguido durante años y el enfoque principal de nuestro trabajo durante una década y, finalmente, lo hemos logrado".

"Este período de la vida humana es tan misterioso, por lo que poder ver cómo sucede y tener acceso a estas células madre individuales, comprender por qué fallan tantos embarazos y cómo podríamos evitar que eso suceda es un privilegio", dice Zernicka-Goetz. "Podemos escuchar el diálogo que tienen las células madre y empezamos entender qué puede salir mal". Si bien la investigación actual se llevó a cabo en modelos de ratones, los investigadores están desarrollando un modelo análogo para el desarrollo de embriones humanos para comprender los mecanismos biológicos de procesos cruciales de otro modo inaccesibles para su estudio en embriones reales. Si se demuestra que estos métodos tienen éxito con células madre humanas en el futuro, también podrían usarse para guiar el desarrollo de órganos sintéticos para pacientes que esperan trasplantes. "Hay tantas personas en todo el mundo que esperan durante años un trasplante", dice Zernicka-Goetz. "Lo que hace que nuestro trabajo sea tan emocionante es que el conocimiento que nos aporta podría usarse para hacer crecer órganos humanos sintéticos viables para salvar vidas que ahora se pierden, o curar órganos adultos una vez comprendamos cómo se crean".

El trabajo ha estado financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EEUU (NIH), el Consejo Europeo de Investigación, Wellcome Trust, la Open Philanthropy/Silicon Valley Community Foundation y Weston Havens Foundation, y el Center for Trophoblast Research.

Las células madre son células del embrión o de ciertos tejidos del adulto. Capaz de dividirse indefinidamente y generar, en cada división, dos células idénticas a ella y, también, producir nuevos linajes celulares especializados.

Para que un embrión humano se desarrolle con éxito, debe haber un "diálogo" entre los tejidos que se convertirán en el embrión y los tejidos que conectarán el embrión con la madre. En la primera semana después de la fertilización se desarrollan tres tipos de células madre: unas forman los tejidos del cuerpo y las otras dos apoyarán el desarrollo del embrión. Uno de estos dos últimos tipos, conocido como células madre extraembrionarias, se convertirá en la placenta, que conecta al feto con la madre y le proporciona oxígeno y nutrientes. El otro se convertirá en el saco vitelino, donde crece el embrión y del cual recibe nutrientes en las primeras etapas del desarrollo. Muchos embarazos fracasan en el momento en que los tres tipos de células madre comienzan a enviarse entre sí señales mecánicas y químicas que guían al embrión para desarrollarse adecuadamente. "Este período temprano es la base del resto del embarazo", explica Zernicka-Goetz. "Si sale mal, el embarazo fracasará". "Este modelo de embrión de células madre nos brinda acceso a la estructura en desarrollo en una etapa que normalmente se nos oculta dada la implantación del diminuto embrión en el útero de la madre", añade Zernicka-Goetz. "Esta accesibilidad nos permite manipular los genes para comprender la función que tienen en el desarrollo biológico".

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Una investigación del 2007 publicada en la revista médica The Journal of Translation Medicine de Estados Unidos, reveló que existen un tipo específico de células madres en las paredes uterinas.

Las células madres con este origen están encargadas de regenerar las células de tejidos dañados o lesionados. Un equipo de la Universidad de los Andes comprobó que las células madres uterinas tienen propiedades “antitumorales”, debido a que son capaces de inhibir el acceso sanguíneo al tumor, impidiendo así su proliferación y esparcimiento. Esto podrá funcionar en un futuro como una terapia complementaria a los tratamientos tradicionales contra el cáncer, ya que ralentiza el crecimiento del tumor.

De igual manera, se pudo constatar que este tipo de células madres podría transformarse hasta en 9 tipos de tejidos, dentro de los cuales incluían células pacreáticas, nerviosas, hepáticas, óseas y adiposas. Han comprobado que son excelentes en generar células diferenciadas (o células hijas) en la epidermis, por lo que pueden tener uso en regeneración dermatológica, ejemplo, para regenerar tejidos donde ha habido quemaduras graves. El Alzheimer, Parkinson y Accidente Cerebro – Vascular (ACV), son otras enfermedades y condiciones que pueden ser tratadas con células madres.

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Los medios de comunicación adoran hablar sobre la controversia respecto a las células madre. Las células madre son fundamentales para la salud, se encuentran en todo el organismo y se utilizan comúnmente en medicina. Durante los últimos años, el término “células madre” ha sido un tema candente en los medios de comunicación. La terminología es muy confusa y los artículos por lo general son engañosos (aún cuando no pretendan serlo). Desafortunadamente, esto ha provocado que el público en general tenga pánico de este término. “Células madre” se ha convertido en una mala palabra. Pero no debería ser así. Entonces, ¿a qué se debe tanto alboroto? La controversia sobre la investigación y el uso medicinal de las células madre se puede reducir a una sola cuestión: su origen. Cuando las células madre provienen de embriones existen algunas cuestiones políticas, éticas y religiosas. Estas células madre son las que comúnmente se denominan “células madre embrionarias”. Otras células madre pueden provenir de la médula ósea, la sangre de cordón umbilical y la pulpa dental para citar tan solo algunos ejemplos, y no involucran embriones en absoluto. Se las considera células madre “libres de controversia”. Incluso en adultos, las células madre son necesarias para continuar reparando y reemplazando tejidos. Por ejemplo, la médula ósea produce glóbulos rojos a una velocidad de alrededor de 2 millones por segundo. Los glóbulos (que distribuyen el oxígeno en la sangre) se desgastan y deforman después de aproximadamente 115 días y deben ser reemplazados por nuevos glóbulos generados en la médula ósea. Asimismo, las células madre se pueden encontrar en el organismo en zonas, como la grasa, sangre, piel, dientes y muchas más.

Un equipo de científicos desarrollaron en 2015 el primer "método fiable" capaz de integrar células madre humanas en un embrión animal y generar las células a partir de las que se forman los órganos del cuerpo, lo que supone superar un importante obstáculo para en un futuro lograr órganos para ser trasplantados.

No solo existen muchas células no controversias, sino que pueden además tener beneficios que salvan vidas. En especial, las células madre tomadas de la sangre de cordón umbilical durante el nacimiento provienen verdaderamente de una fuente de células madre no controversial y poseen cualidades únicas no encontradas en células madre de otros orígenes. ¡Son lo mejor de lo mejor! Cuando un padre elige donar o almacenar en un banco de sangre privado la sangre de cordón umbilical, está salvaguardando células madre que podrían utilizarse para tratar enfermedades, como leucemia, linfoma y anemia drepanocítica.

En el caso de la sangre de cordón umbilical, la extracción no duele ni es invasiva para la madre y el niño. No implica tocar al bebé. Es el tratamiento para prácticamente 80 enfermedades. Si los padres lo desean, podría utilizarse para tratamientos que pueden salvar vidas e investigación revolucionaria.

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