Los investigadores imitaron los procesos naturales en el laboratorio guiando los tres tipos de células madre que participan en el desarrollo temprano de los mamíferos hasta el momento en que empiezan a interactuar.
Al inducir la expresión de un conjunto concreto de genes y crear un entorno único para sus interacciones, lograron que las células madre "hablaran" entre sí.
Entonces, las células madre se autoorganizaron en estructuras que progresaron a través de las sucesivas etapas de desarrollo hasta crear corazones que latían, las bases del cerebro, y el saco vitelino, donde el embrión se desarrolla y obtiene los nutrientes en sus primeras semanas.
Nuestro modelo de embrión de ratón no solo desarrolla un cerebro, sino también un corazón que late y todos los componentes que conforman el cuerpo
A diferencia de otros embriones de laboratorio, estos modelos lograron que todo el cerebro -incluida la parte anterior- comenzara a desarrollarse, lo que no se había conseguido nunca.
El equipo cree que sus resultados, que se publican este jueves en la revista Nature, podrían ayudar a los investigadores a entender por qué algunos embriones fracasan mientras que otros prosperan en un embarazo sano.
Además, los resultados podrían utilizarse para guiar la reparación y el desarrollo de órganos humanos 'sintéticos' para trasplantes.
"Nuestro modelo de embrión de ratón no solo desarrolla un cerebro, sino también un corazón que late y todos los componentes que conforman el cuerpo. Es increíble que hayamos llegado tan lejos. Este ha sido el suelo de nuestra comunidad durante años y el principal objetivo de nuestro trabajo durante una década", subraya Zernicka-Goetz, catedrática de Desarrollo de Mamíferos y Biología de Células Madre.
Para que un embrión humano se desarrolle con éxito debe haber "diálogo" entre los tejidos que lo formarán y los que lo conectarán con la madre.
En la primera semana tras la fecundación se desarrollan tres tipos de células madre: una acabará convirtiéndose en los tejidos del cuerpo, y las otras dos apoyan el desarrollo del embrión.
Uno de estos tipos de células madre extraembrionarias se convertirá en la placenta, que conecta al feto con la madre y le proporciona oxígeno y nutrientes, y el segundo es el saco vitelino, donde crece el embrión y obtiene sus nutrientes en las primeras etapas del desarrollo.
Muchos embarazos fracasan en el momento en que los tres tipos de células madre comienzan a enviar señales mecánicas y químicas entre sí, para indicar al embrión cómo desarrollarse correctamente.
Durante la última década, el grupo de la profesora Zernicka-Goetz en Cambridge ha estudiado estas primeras etapas del embarazo, con ánimo de entender por qué algunos embarazos fracasan y otros tienen éxito.
"El modelo de embrión de células madre es importante porque nos da accesibilidad a la estructura en desarrollo en una etapa que normalmente se nos oculta debido a la implantación del diminuto embrión en el útero de la madre", explica Zernicka-Goetz.
Para guiar el desarrollo de su embrión de laboratorio, los investigadores juntaron células madre cultivadas de cada uno de los tres tipos de tejido en las proporciones y en el entorno adecuado para promover su crecimiento y comunicación entre sí.
Descubrieron que las células extraembrionarias envían señales químicas a las células embrionarias, pero también mecánicas, o a través del tacto, guiando el desarrollo del embrión.
Un gran avance del estudio es la capacidad de generar todo el cerebro, en particular la parte anterior, que hasta ahora ha sido uno de los principales escollos en el desarrollo de embriones sintéticos.
También podrían utilizarse para guiar el desarrollo de órganos de laboratorio para pacientes que esperan trasplantes
En el sistema de Zernicka-Goetz, esto funciona porque esta parte del cerebro requiere señales de uno de los tejidos extraembrionarios para poder desarrollarse.
"Esto abre nuevas posibilidades para estudiar los mecanismos del neurodesarrollo en un modelo experimental", defiende Zernicka-Goetz.
Aunque la investigación actual se hizo en modelos de ratón, los investigadores están desarrollando modelos humanos similares con el potencial de dirigirse a la generación de tipos de órganos específicos para comprender los mecanismos que subyacen a procesos cruciales que no se pueden estudiar en embriones reales.
En la actualidad, la legislación británica solo permite estudiar embriones humanos en el laboratorio hasta el 14.º día de desarrollo.
Si en el futuro los métodos desarrollados por este equipo funcionan con células madre humanas, también podrían utilizarse para guiar el desarrollo de órganos de laboratorio para pacientes que esperan trasplantes.
