(Embrione-Immagine Credit Public Domain).
La creazione di un embrione da cellule diverse da spermatozoi e ovuli e poi la loro crescita al di fuori dell’utero è un’area di studio che si è sviluppata in modo significativo negli ultimi 5 anni.
Quanto ci vorrà prima di sbloccare la “scatola nera” dell’embriologia umana? Perché gli scienziati creano “embrioni” senza spermatozoi o ovuli?
Questo mese, i ricercatori hanno annunciato di aver messo in coltura un modello di embrione di topo realizzato interamente con cellule staminali embrionali e senza l’uso di spermatozoi e ovuli o di un utero, per 8,5 giorni, circa 2 giorni in più rispetto ai precedenti esperimenti.
L’analisi genetica ha rivelato che le strutture e l’attività cellulare in questi modelli di embrioni erano per il 95% simili agli embrioni di topo reali e funzionali. Ciò suggerisce che questi modelli erano abbastanza simili agli embrioni naturali da poter essere studiati per ottenere informazioni dettagliate su come funzionano.
La ricerca sia sui topi che sugli embrioni umani può offrire informazioni sui meccanismi che consentono loro di dividersi, impiantarsi e svilupparsi. Tuttavia, essere in grado di costruire embrioni da zero aiuta i ricercatori a bypassare esperimenti potenzialmente costosi e non etici sugli embrioni e li aiuta anche a verificare se le ipotesi su come funzionano sono corrette.
Un articolo recentemente pubblicato su Cell delinea i risultati raggiunti dai ricercatori nel laboratorio del Prof. Jacob Hanna presso il Weizmann Institute of Science di Rehovot, in Israele.
Questo è l’ultimo passo di una lunga serie di passi incrementali negli ultimi anni per creare un embrione da zero in laboratorio.
Il primo embrione derivato da cellule staminali
Il team della Prof.ssa Hanna aveva già pubblicato i dettagli di una parte particolarmente importante del puzzle l’anno scorso su Nature, quando ha delineato il processo che aveva utilizzato per far crescere modelli di embrioni al di fuori di un utero.
Il sistema che i ricercatori hanno sviluppato utilizza bottiglie piene di liquidi che fungono da coltura per le cellule, che possono ruotare o rimanere statiche in diversi punti di sviluppo.
In un’e-mail a Medical News Today, Hanna ha osservato: “Dato che sappiamo cosa serve per supportare la crescita di embrioni di topo naturale al di fuori dell’utero (dispositivo e condizioni), possiamo finalmente testare se e quali cellule staminali possono generare un embrione ab initio solo da cellule staminali. Non potevamo farlo prima perché come farai a far crescere un embrione sintetico se non sai come far crescere un embrione naturale?
“Ed ecco infatti che lo stesso dispositivo, le stesse condizioni del supporto e gli stessi parametri consentivano aggregati di 27 cellule di cellule staminali pluripotenti per raggiungere gli embrioni di stadio 8,5 quando inseriti in questo dispositivo dopo 8 giorni”, ha aggiunto il Prof. Jacob Hanna.
“Questi embrioni sono embrioni interi: hanno un sacco vitellino e placenta. Ma ancora più notevole è che non abbiamo utilizzato le cellule staminali della placenta e le cellule staminali del sacco vitellino, ma abbiamo dimostrato che tutto può essere prodotto esclusivamente da staminali embrionali pluripotenti ingenue o da linee di cellule staminali pluripotenti indotte che vengono regolarmente espanse nei laboratori di tutto il mondo”, ha aggiunto.
Questo è stato notevole perché in precedenza, i ricercatori hanno realizzato modelli di embrioni che hanno iniziato a formare la placenta e l’amnione utilizzando una miscela di cellule staminali embrionali e cellule staminali prelevate dal trofoblasto, lo strato che normalmente si differenzia nella placenta negli embrioni.
Tuttavia, il tasso di fallimento in quest’ultima serie di esperimenti è stato elevato, con solo 50 su 10.000 di queste miscele cellulari che si sono formate prima in sfere e poi in strutture più a forma di ovulo come un embrione.
Non solo questi modelli di embrioni hanno iniziato a produrre le strutture che avrebbero sostenuto una gravidanza, ma alla fine degli 8,5 giorni in cui sono cresciuti, avevano formato un cuore pulsante, una circolazione di cellule staminali del sangue, una regione della testa con pieghe, un neurone tubo e gli inizi di un tubo intestinale.
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“Essere in grado di produrre modelli di embrioni che presentano l’inizio dello sviluppo di questi tessuti è molto importante perché aiutano ad avviare la segnalazione che aiuta il modello di embrione a svilupparsi e ad autoassemblarsi proprio come farebbe un embrione in via di sviluppo naturale”, ha osservato il Prof. Glover.
“Il fatto è che, poiché i nostri stessi embrioni si sviluppano all’interno dell’utero, richiedono tessuti extraembrionali per svilupparsi correttamente. E quei tessuti extraembrionali hanno due funzioni. Forniscono, ovviamente, una base strutturale, forniscono un sacco vitellino e forniscono la placenta”, ha spiegato.
“Ma prima che arrivino a quella fase, forniscono anche segnali all’embrione per dirgli come svilupparsi correttamente. E se non hai quei segnali lì, allora l’embrione non si sviluppa correttamente”, ha aggiunto il ricercatore.
“Questi modelli particolari erano solo un tipo di modello di embrione attualmente in fase di sviluppo”, ha affermato il Prof. Glover. I ricercatori hanno anche sviluppato altri modelli, come blastoidi che tentano di ricreare lo stadio di blastocisti preimpianto dell’embrione e gastruloidi che non hanno tessuti extraembrionali e, di conseguenza, tendono a non avere una regione cerebrale .
Indagine sulla fase pre-impianto
Il laboratorio del Dr. Nicholas Rivron presso l’Istituto di biotecnologia molecolare dell’Accademia austriaca delle scienze, Vienna, Austria, ha lavorato allo sviluppo di modelli di embrioni per ottenere maggiori informazioni sulla fase pre-impianto.
Il suo gruppo ha pubblicato un documento chiave del 2018 in Natura. Ha delineato come sono stati sviluppati modelli di embrioni di topo utilizzando cellule staminali embrionali e cellule staminali dallo strato di trofoblasto per creare blastoidi che potrebbero essere impiantati nell’utero di un topo per un paio di giorni.
Poi, nel dicembre 2021, lo stesso team ha pubblicato un altro articolo in Natura. Questa volta, i ricercatori hanno delineato come avevano creato modelli di embrioni allo stadio di blastocisti realizzati da cellule staminali pluripotenti umane, che avevano indotto a diventare in grado di differenziarsi in diversi tipi di cellule.
Parlando con MNT , il Dr. Rivron ha dichiarato: “Per le prossime fasi dell’indagine, dobbiamo capire effettivamente come quegli embrioni possono essere combinati con le cellule uterine per comprendere i processi di impianto nell’utero e come questo può sviluppare le nostre conoscenze per risolvere varie sfide sanitarie legate alla pianificazione familiare, al declino della fertilità e anche all’origine delle malattie”.
“La limitazione è la placenta: la placenta è estremamente importante”, ha osservato, “poiché fornisce i nutrienti e l’ossigeno all’embrione che sono essenziali per farli crescere e svilupparsi ulteriormente”.
L’ultimo documento ha anche confermato che in questi embrioni modello si potrebbero osservare le primissime fasi dello sviluppo degli organi, processo noto come organogenesi.
Questo è stato in genere difficile da osservare, poiché si verifica tipicamente nell’utero. Tuttavia, stabilendo un processo per sviluppare questi modelli embrionali in laboratorio, è possibile studiare la differenziazione delle cellule, il controllo genetico di questa differenziazione e l’ambiente necessario per lo sviluppo tipico.
L’ultimo documento ha utilizzato cellule staminali embrionali di topo per sviluppare gli embrioni modello, che richiederanno l’approvazione etica. Al contrario, la ricerca sugli embrioni umani è ampiamente regolamentata.
Le linee guida per questo regolamento sono pubblicate dalla Società internazionale per la ricerca sulle cellule staminali (ISSCR) circa ogni 5 anni, con l’ultima serie di linee guida pubblicata l’anno scorso. Questa guida ha affrontato l’esistenza di modelli di embrioni derivati da cellule staminali e la possibilità di modelli di embrioni chimerici costruiti utilizzando cellule di specie diverse insieme a cellule umane.
Sebbene possa rivelarsi tecnicamente possibile far crescere organi utilizzando modelli di embrioni, il Dott. Rivron ha sottolineato che ciò potrebbe non essere necessario o anzi, eticamente desiderabile.
Ha invece indicato lo sviluppo di organoidi, modelli di tessuti d’organo derivati da cellule staminali che possono essere utilizzati per studiare il comportamento cellulare, e forse anche lo sviluppo degli organi.
In effetti, la stessa settimana dell’ultimo articolo sui modelli di embrioni è apparso su Science un articolo che illustrava come i ricercatori dell’Università di Harvard avessero bioingegnerizzato le strutture del cuore umano.
Il Dr. Rivron ha contribuito all’ultima serie di linee guida dell’ISSCR e ha detto a MNT : “Se vuoi studiare l’organogenesi o creare organi, il principio politico è che devi usare, moralmente, il modo meno problematico per studiarli e gli organoidi offrono un modo per farlo”.
Sia lo sviluppo di organoidi che i modelli embrionali hanno fatto passi da gigante negli ultimi 5 anni, nuovi approcci genomici che possiamo utilizzare per comprendere e ricreare le strutture dei mammiferi, sono simili.
Sarà interessante vedere come le discipline convergeranno negli anni a venire, per darci un insieme ancora più ampio di strumenti per sbloccare la “scatola nera” del nostro sviluppo.
Fonte:Medicalnews
