Un embarazo dura un promedio de 38 semanas. 38 semanas en las que se desarrolla un ser humano completo. Brazos, piernas, huesos, piel y cabello, corazón, pulmones y cerebro. Diversos órganos y tejidos.
"A mediados de la tercera semana tenemos entre uno y medio y dos milímetros de largo. Solo puedo maravillarme de que en estos dos milímetros la semilla de todo lo que seremos ya esté allí". Después de dos semanas, la composición del sistema nervioso nos convierte en individuos. Después de cuatro tenemos arriba, abajo, izquierda y derecha. Después de cinco semanas, el corazón late.
"Lo que veo aquí es un blastocisto que ya se expandió y emergió de su cubierta protectora. Parece una cavidad con una pequeña masa de células en un lado". Si unas pocas células se convertirán en una persona sana y completa se decide desde el principio de la vida. Aquí yacen las razones de los abortos espontáneos precoces y las enfermedades graves. Pero también hay una creciente esperanza de que pronto será posible prevenirlo.
Se permite la "investigación con embriones consuntivos" en Inglaterra
"En realidad, están sucediendo muchas cosas en esta área en este momento". La llamada investigación con embriones tísicos está prohibida en Alemania. En Inglaterra, sin embargo, está permitido hasta el día 14. Una autoridad de control emite las licencias. Y el grupo de trabajo de Kathie Niakan en el Instituto Francis Crick de Londres tiene esa licencia.
Sophie Brumm es una estudiante de doctorado aquí. Está de pie en una habitación sin ventanas llena de incubadoras, microscopios y bancos de laboratorio estériles para trabajar con los embriones. "En este tanque de nitrógeno, que está asegurado con un candado, almacenamos los embriones humanos que recibimos como donaciones de las clínicas de fertilidad. Se congelan en pequeñas pajitas de plástico en nitrógeno líquido. Y aquí podemos descongelarlos".
Estos son embriones sobrantes de tratamientos de fertilidad. Kathy Niakan: "La mayoría de las parejas hacen todo lo posible para donar estos embriones para la investigación porque saben que solo una mayor investigación puede mejorar la eficiencia de la fertilización in vitro. Ellos mismos también se han beneficiado de la investigación con embriones. Es por eso que la mayoría de las personas sienten que quieren dar algo a cambio. Es material que de otro modo sería destruido".
Exámenes solo permitidos hasta el día 14
"Por ejemplo, estos son los popotes y los recipientes en los que se almacenan los popotes". "¿Qué tan grande es un embrión así?" "Mucho más pequeños de lo que pensarías. Entre 200 y 300 micrones de diámetro. Así de pequeños son. Casi puedes verlos en un líquido a simple vista".
Solo se pueden examinar en el laboratorio hasta los 14 días de edad. Entonces se detiene su desarrollo. Sophie Brumm aún puede recordar el momento en que trabajó con un embrión humano por primera vez:
"Es intimidante, porque el material con el que está trabajando es increíblemente valioso y tenemos muy pocos embriones disponibles. Cada uno cuenta y es por eso que debe pensar con mucho cuidado sobre cada experimento que planea hacer para obtener la cantidad máxima de información. No es como los embriones de ratón, donde puedes usar cientos a la vez. En realidad, es solo uno o dos a la vez. Y cuando los transfieres de una placa de Petri a otra, tienes que estar realmente seguro. causa palpitaciones cosas correctas ".
Una pequeña parte de las células tiene un potencial especial
Kathy Niakan: "Nos enfocamos en los primeros siete días del desarrollo humano, que es desde el momento en que un óvulo ha sido fertilizado por un espermatozoide. El primer día es un embrión con dos pronúcleos fertilizados, en el el segundo día se divide en dos células, y así sucesivamente, hasta que se forma una pequeña bola de unas 200 células, llamada blastocisto.
En estos siete días, el embrión aún no se ha implantado en el útero. Los errores ahora pueden tener consecuencias fatales. Si el gen equivocado se activa en el momento equivocado, el embarazo puede terminar prematuramente.
"De esas 200 células que componen el blastocisto, solo una pequeña fracción (quizás de siete a diez células) tiene el potencial único de dar lugar al feto completo. Por lo tanto, estamos estudiando las propiedades moleculares de estas siete a diez células. de 200".
Experimentos con tijeras de genes CRISPR/Cas9
Sophie Brumm: "Lo que puede ver aquí al costado son pequeñas pipetas y ranuras donde puede conectar pipetas adicionales para la inyección. Puede usarlas para manipular el embrión, inyectar algo en células individuales y así realizar experimentos".
Este dispositivo también se utilizó para realizar los experimentos más importantes de Kathy Niakan hasta la fecha. Utilizando las tijeras genéticas CRISPR/Cas9, desactivó específicamente un gen en las células de embriones humanos que contiene las instrucciones de construcción de la proteína Oct4. "Esta proteína se ha estudiado en ratones durante muchos, muchos años. Entonces sabemos que si inactivamos Oct4, la placenta no se desarrollará correctamente en el ratón".
Sin la proteína, las células de la placenta se forman en el embrión de ratón en lugares donde no deberían estar. Pero en los experimentos con embriones humanos, Kathy Niakan y su equipo observaron algo completamente diferente. "Apagas el gen y el programa de la placenta ya no se ejecuta. Esto nos muestra que la proteína es extremadamente importante en los humanos porque inicia el desarrollo de la placenta. No lo hubiéramos descubierto en el ratón".
(imago/Biblioteca de fotografías científicas)
Por qué las tijeras genéticas están revolucionando la biología y la medicinaCRISPR-Cas9, las llamadas tijeras genéticas, se considera la bala de plata de la biología molecular. Con el método, los componentes básicos del ADN se pueden remodelar o eliminar con precisión.
La investigación sobre embriones de ratón solo es transferible a humanos de forma limitada
¿Qué tan bueno es el modelo del ratón de todos modos? "Sabemos que existen diferencias importantes entre nuestras especies, pero usamos el ratón como representante para estudiar nuestra propia biología. Si algo es tan diferente, necesitamos saberlo porque es información realmente crucial".
Nick Hopwood, biólogo del desarrollo e historiador de la Universidad de Cambridge: "Desde principios del siglo XIX, la embriología ha intentado comprender cómo se desarrollan los cuerpos complejos a partir de principios simples. Y, como humanos, por supuesto, tenemos una curiosidad particular por los cuerpos humanos. El problema con esto es que es enormemente desafiante porque el desarrollo humano está oculto dentro de cuerpos embarazados".
En cambio, la investigación se realizó en animales. Primero en pollos y otros animales de granja, luego especialmente en ratones. "Pero también hay una tradición muy larga entre los anatomistas de lo que era posible hacer con material humano. Desde finales del siglo XVIII, los anatomistas han estado recolectando material de mujeres que tuvieron un aborto o un aborto espontáneo".
Esto resultó en una serie de desarrollo y una serie de cortes. "Pero también había cosas que no podían hacer. Por ejemplo, no tenían ninguna preparación desde las primeras dos semanas de desarrollo".
La fertilización in vitro plantea una serie de cuestiones éticas, desde el manejo de embriones sobrantes hasta los "bebés de diseño" (www.imago-images.de)
La fertilización in vitro genera temores de abuso
Entonces, en la década de 1930, los médicos en los Estados Unidos pidieron a las mujeres a las que se les extirparía el útero, los ovarios y las trompas de Falopio que anotaran información sobre su ciclo menstrual y cualquier relación sexual en las semanas previas al procedimiento. Si los científicos luego encontraron embriones tempranos en los órganos extraídos, pudieron deducir su edad aproximada.
"Pudieron recolectar una cantidad de embriones muy tempranos, lo que se convirtió en el estándar durante las dos primeras semanas. Todavía se usan ampliamente para ilustraciones en los libros de texto de hoy. Es un ejemplo de que, de alguna manera, ya se ha hecho mucho fue antes de que existiera la FIV. Pero, por supuesto, la FIV cambió mucho las cosas entonces".
Con la nueva tecnología vino el miedo al abuso. A principios de la década de 1980, el Comité Warnock se reunió en Inglaterra para discutir la regulación. Después de una extensa discusión, el comité decidió limitar el tiempo que los embriones humanos pueden ser cultivados y examinados en el laboratorio a 14 días. A partir de este momento, ya no es posible que un embrión se convierta en dos, es decir, gemelos, porque la columna vertebral se crea con la llamada racha primitiva. En este punto, el embrión se convierte en un individuo.
El límite de 14 días fue un compromiso político
Pero esa no fue la razón principal de la decisión. Andy Greenfield, biólogo y exmiembro de un comité de la Agencia de Fertilización y Embriología Humana, el regulador del Reino Unido para el manejo de embriones humanos: "Fue un acuerdo político. No era una línea moral clara y no se suponía que ser. Era una línea práctica y pragmática. Nadie está diciendo que un embrión de 13 días no tiene ningún valor moral, mientras que en el día 15, por ejemplo, es una persona. También fue un compromiso porque, en por un lado, había personas que no tenían ninguno Querían permitir la investigación con embriones. Otros querían una investigación exhaustiva con embriones. De ahí el compromiso: 'Decimos que solo puedes cultivarlos durante 14 días'".
Josephine Johnston, investigadora legal del Hastings Center, una organización de bioética en Garrison, EE. UU.: "Creo que lo que atrajo a las personas que dieron la bienvenida a los 14 días en ese entonces fue que sintieron que era mucho tiempo al mismo tiempo. , se sentían mucho antes del punto en el que el embrión empezaría a parecerse a una persona, a un ser humano con brazos y piernas, u otras cosas que la gente asocia con fetos o bebés mucho antes, así que se sentía como un lugar seguro. "
Pero también se consideró que la frontera era segura por otra razón: técnicamente no era accesible. Andy Greenfield: "Sabían que a fines de los años 80 nadie iba a cultivar embriones por más de siete u ocho días. Pensaron que, aparte de los oponentes absolutos que estaban claramente insatisfechos y todavía lo están, todos los demás estarían satisfechos durante muchos años. Y ellos tenían razón."
La implantación es un hito crucial en el desarrollo embrionario (IMAGO / StockTrek Images)
Nestment desencadena la reorganización celular
Al quinto o sexto día después de la fertilización, el embrión humano comienza a implantarse en el revestimiento del útero. Si falla la implantación, también se pierde el embrión. Necesita contacto con los tejidos de su madre para poder desarrollarse adecuadamente.
Martha Shahbazi del MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge: "Cuando el embrión se implanta, cambia de forma completamente. Hay una reorganización masiva de la forma de las células. Y ahí es también cuando las células comienzan a tomar decisiones sobre cómo avanzan. Esas dos cosas están sucediendo al mismo tiempo”.
Al comienzo de la implantación, un blastocisto consta de alrededor de 200 células, de las cuales solo una pequeña parte forma el embrión. Pero, ¿cómo se determina el destino posterior de estas células? ¿Cuál se convierte en músculo y qué célula nerviosa? Durante mucho tiempo no hubo forma de examinar esta fase, por lo que a menudo se la denomina "caja negra". Hasta hace unos cuatro años. Marta Shahbazi acababa de comenzar como posdoctorado en el grupo de trabajo de la bióloga del desarrollo Magdalena Zernicka-Goetz en la Universidad de Cambridge. "En ese momento, acababan de desarrollar un método para cultivar embriones de ratón más allá de la implantación. Entonces, la siguiente pregunta obvia era: '¿Podemos hacer lo mismo con los embriones humanos?'".
Para permitir que los embriones crecieran más allá del momento de la implantación sin contacto con el tejido materno, se les proporcionó una solución nutritiva especial y también se incluyeron en un medio similar a un gel. Y, de hecho, en este entorno, los embriones continuaron desarrollándose por sí solos. Para el día 13, aproximadamente una semana más de lo que era posible anteriormente.
Investigación sobre embriones con defectos cromosómicos
Mientras tanto, Marta Shahbazi está realizando una investigación con su propio grupo en el Laboratorio de Biología Molecular MRC en Cambridge y ha obtenido información importante. "Un ejemplo perfecto de esto es nuestro estudio de embriones que tienen anomalías cromosómicas. Ahora podemos ver cómo avanza su desarrollo después de la etapa de blastocisto".
Con cada división celular, los cromosomas, en los que se empaqueta el material genético, deben distribuirse a las dos nuevas células. Nada puede faltar, ninguno puede ser demasiado. Los defectos cromosómicos a menudo están detrás de los abortos espontáneos tempranos. Esta es la razón por la cual estos blastocistos anormales normalmente se destruyen en las clínicas de fertilidad. Pero Marta Shahbazi los llevó a su laboratorio.
"Así que tomamos estos embriones y los cultivamos por más tiempo y luego los cortamos y examinamos los juegos de cromosomas de las células individuales. Para la mayoría de ellos encontramos los mismos resultados que en las investigaciones anteriores, pero para algunos no hubo concordancias entre los diagnósticos en la etapa de blastocisto y lo que observamos más tarde".
En un caso particularmente impresionante, todas las células examinadas en un embrión en etapa de blastocisto habían mostrado anomalías cromosómicas. Cuando Marta Shahbazi y sus colegas volvieron a analizar el mismo embrión, ya no pudieron encontrar ninguna desviación. "¿Cómo podemos explicar eso? Tal vez el embrión se deshizo de las células defectuosas durante el desarrollo. Y luego también tenía el potencial de continuar desarrollándose porque se deshizo de las células defectuosas".
El diagnóstico previo a la implantación es éticamente controvertido: ¿es posiblemente menos significativo de lo que se supone? (IMAGO/epd)
¿Las pruebas genéticas solo tienen un valor limitado?
Ya hay evidencia de que el embrión temprano es capaz de hacer esto. Esta habilidad se llama plasticidad y es de particular interés para Marta Shahbazi. Sin embargo, también es concebible que no todas las células del embrión mostraran el mismo trastorno cromosómico desde el principio y que las células enfermas se extrajeran accidentalmente durante la primera biopsia.
"En cierto modo, esto también muestra el poder limitado de las pruebas genéticas de embriones en esta etapa temprana. Existe un gran debate sobre si las pruebas genéticas son buenas o no en esta etapa".
El trabajo de Marta Shahbazi ha brindado la oportunidad de examinar una fase del desarrollo humano que antes era inaccesible y tal vez responder tales preguntas. Pero también se ha acercado más que nadie al límite de 14 días. ¿Le gustaría estudiar los embriones por más tiempo? "Creo que cuando lo piensas, ya tenemos siete días adicionales, eso es mucho. Y hay mucho que podemos hacer con esos siete días, así que no creo que la regla de los 14 días deba cambiarse de inmediato". Pero, por supuesto, también hay gente como Alfonso que está interesada en la gastrulación. No pudimos estudiarlos en embriones humanos".
La delicada mirada detrás del límite de 14 días
Alfonso, con eso se refiere a un colega español cuyo interés se encuentra más allá del límite de 14 días y, por lo tanto, está en territorio prohibido. Alfonso Martínez-Arias: "Me sorprende que después de cinco semanas de desarrollo, cuando tenemos uno o dos milímetros de largo, el germen de cualquier órgano está ahí y el corazón comienza a latir. Para dos milímetros, eso es bastante notable. Es la semilla fue plantada para todo lo que alguna vez nos definirá".
Alfonso Martinez-Arias trabajó en la Universidad de Cambridge durante 40 años. Recientemente trasladó su laboratorio a la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona. Por el Brexit, dice. Pero también porque espera más libertad para su investigación en España. Martínez-Arias estudia la gastrulación. Esa fascinante transición entre la tercera y la quinta semana, cuando el embrión tiene un frente y un dorso, un arriba y un abajo, una izquierda y una derecha. Debido a que la gastrulación ocurre tanto después de la implantación como más allá de los 14 días, no se puede estudiar en embriones en el laboratorio.
Alfonso Martinez-Arias se preguntó cómo debería ser una alternativa. "¿Podríamos recrear algo de lo que sucede en el embrión? Y con eso me refiero no solo a crear diferentes tipos de células, sino también a crear estructuras que se parezcan al embrión. Eso es lo que impulsó nuestra investigación. Porque, como dije, esa es la única manera de acceda a él para llegar a esos estadios interesantes".
Gastruloides como objetos de investigación sustitutos
El equipo cultivó células madre en diferentes medios de cultivo, agregó moléculas bioquímicas de señalización y esperó. "Y luego, un día, vimos estos objetos. Estaban haciendo cosas similares a la gastrulación y formando estas estructuras de tres ejes que estaban dispuestas de una manera que es característica de un embrión".
A primera vista, los gastruloides, como los llama Martínez-Arias, parecen poco espectaculares. Gusanos cortos y gordos de unas trescientas celdas, ligeramente doblados en un extremo. Su estado de desarrollo corresponde aproximadamente al de un embrión en la tercera semana. Alfonso Martinez-Arias pudo cultivarlos en el laboratorio hasta por 96 horas. Los gastruloides no pudieron convertirse en un feto completo porque carecen de los precursores de las células nerviosas a partir de las cuales se desarrollaría más tarde el cerebro. Sin embargo, los gastruloides ofrecen nuevas oportunidades para la investigación. ¿Cómo surgen los defectos del desarrollo, como los defectos cardíacos congénitos? Esto podría estudiarse mejor en gastruloides que en organoides, las versiones en miniatura de los respectivos órganos cultivados a partir de células madre que han estado disponibles durante varios años.
"Ciertos órganos necesitan intercambio: necesitan hablar con diferentes tejidos, diferentes tipos de células. El corazón es un órgano muy complejo. Solo cuando se juntan todos los ingredientes se puede ver cómo se forman sus estructuras. Creo que esa es una de las ventajas de un sistema de órganos integrado. Necesitamos un sistema que permita que todos los órganos interactúen".
Se elimina el límite de 14 días para los modelos de células madre
Para que el plan del cuerpo humano se establezca correctamente, no es suficiente que los genes correctos estén activos en el momento correcto. Los estímulos mecánicos y químicos también son importantes. "Ahora podemos entender algo como esto porque los gastruloides nos permiten estudiar lo que sienten las células. Podemos estudiar las señales mecánicas y geométricas que las células necesitan para organizarse. Esto no era posible antes".
¿Alfonso Martínez-Arias puede hacer lo que crea que tiene sentido con los gastruloides, o también se enfrenta a límites éticos? "Verás, un simulador de vuelo no es un avión. Es un simulador que te permite hacer cosas que ni siquiera querrías hacer con un avión. Porque no es un avión".
Anteriormente, el límite de 14 días se aplicaba tanto a los embrioides como a los embriones naturales. Fue solo en mayo de 2021 que la Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre levantó esta restricción. Los modelos de células madre como los gastruloides de Barcelona ahora se pueden estudiar indefinidamente. Una decisión controvertida para Josephine Johnston: "Cuanto más se parece algo a un embrión humano, en su desarrollo, su función y forma, más probable es que plantee las mismas preocupaciones. Me doy cuenta de que es un problema inherente, en un continuo a línea y no tengo una solución elegante para eso, pero en esa área gris donde algo parece un embrión pero no del todo, ahí es cuando realmente comienza a importar por qué alguien piensa que la investigación es importante y qué se puede obtener de él."
Los modelos de embriones tienen limitaciones
Los modelos de embriones tienen claras ventajas. Pero también tienen límites. Andy Greenfield: "Necesitas algo real para juzgar qué tan representativos son. De lo contrario, estamos en una nueva caja negra y no sabemos si lo que estamos viendo es siquiera representativo de lo que sucede dentro del útero".
Pero aquí, también, la resistencia se está desmoronando. En sus nuevas directrices, la Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre sugiere abandonar el límite absoluto de 14 días para los embriones naturales y mirar hacia el otro lado, el de los abortos espontáneos, daños graves en el desarrollo o defectos genéticos, para los cuales podría haber terapia, si a uno se le permitía investigar. Después del examen más estricto, los comités de ética podrían aprobar proyectos caso por caso. Por ejemplo, para obtener resultados de investigaciones con gastruloides u otros embrioides. Para que la investigación con tales modelos de embriones pueda progresar.
Para Gran Bretaña, Andy Greenfield puede imaginar un enfoque paso a paso: "Tendría que hacer las mismas cosas que antes. Así que justifique por qué necesita embriones humanos y no puede trabajar con animales. ¿Por qué necesita cuántos y así sucesivamente Sí, entonces aparecería un nuevo cuadro que los abogados examinarían muy de cerca y la pregunta sería: "¿Se han propuesto experimentos más allá del día 14?" Responder "sí" traería a colación un conjunto de requisitos legales: ¿Están claramente fundamentados estos experimentos? ¿Cómo están fundamentados? ¿Qué tipo de investigación es esa en la que está claro que las preguntas solo pueden responderse después del día 14?
(Imago/Biblioteca de fotografías científicas)
Las organizaciones científicas piden repensar la investigación con embriones Hasta ahora, la Ley de Protección de Embriones ha prohibido el uso de embriones creados en Alemania con fines de investigación. Dos organizaciones científicas están presionando por el cambio.
Continúa el debate sobre la investigación con embriones más allá del límite de 14 días
Con el avance de la Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre, se debe iniciar también un proceso político y un discurso social en otros países. Josephine Johnston cree que no son solo los científicos los que deben discutir qué reglas se aplican:
"La investigación está al servicio de la sociedad, al servicio del progreso y al servicio del conocimiento, y todas estas cosas deben estar alineadas. No deben entrar en conflicto. Averiguar cómo hacerlo es difícil. En investigación embrionaria "Es particularmente difícil porque estamos lidiando con las primeras formas de vida humana aquí. Pero creo que es absolutamente apropiado que dirijamos nuestra atención a esta área. Es absolutamente correcto que todos pensemos con mucho cuidado al respecto".
