Leggiamo e riportiamo da: sciencedaily.com
Fonte: Università di Cambridge
I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno creato embrioni modello da cellule staminali di topo che formano un cervello, un cuore pulsante e le basi di tutti gli altri organi del corpo: una nuova strada per ricreare le prime fasi della vita.
Il team, guidato dalla professoressa Magdalena Zernicka-Goetz, ha sviluppato il modello dell’embrione senza uova o sperma e ha invece utilizzato le cellule staminali, le cellule principali del corpo, che possono svilupparsi in quasi tutti i tipi di cellule del corpo.
I ricercatori hanno imitato i processi naturali in laboratorio guidando i tre tipi di cellule staminali presenti nel primo sviluppo dei mammiferi al punto in cui iniziano a interagire. Inducendo l’espressione di un particolare insieme di geni e stabilendo un ambiente unico per le loro interazioni, i ricercatori sono stati in grado di far “parlare” le cellule staminali tra loro.
Le cellule staminali si sono auto-organizzate in strutture che sono progredite attraverso le fasi di sviluppo successive fino a quando non hanno avuto il cuore pulsante e le basi del cervello, così come il sacco vitellino dove l’embrione si sviluppa e da cui riceve i nutrienti nelle prime settimane. A differenza di altri embrioni sintetici, i modelli sviluppati da Cambridge hanno raggiunto il punto in cui l’intero cervello, inclusa la parte anteriore, ha iniziato a svilupparsi. Questo è un ulteriore punto di sviluppo rispetto a qualsiasi altro modello derivato da cellule staminali.
Il team afferma che i loro risultati, il risultato di oltre un decennio di ricerca che ha portato progressivamente a strutture simili a embrioni sempre più complesse e riportati sulla rivista Nature , potrebbero aiutare i ricercatori a capire perché alcuni embrioni falliscono mentre altri continuano a svilupparsi in un gravidanza sana. Inoltre, i risultati potrebbero essere utilizzati per guidare la riparazione e lo sviluppo di organi umani sintetici per il trapianto.
“Il nostro modello di embrione di topo non solo sviluppa un cervello, ma anche un cuore pulsante, tutti i componenti che compongono il corpo”, ha affermato Zernicka-Goetz, professore di sviluppo dei mammiferi e biologia delle cellule staminali presso il Dipartimento di Fisiologia, Sviluppo di Cambridge e Neuroscienze. “È semplicemente incredibile che siamo arrivati così lontano. Questo è stato il sogno della nostra comunità per anni e l’obiettivo principale del nostro lavoro per un decennio e alla fine ce l’abbiamo fatta”.
Affinché un embrione umano si sviluppi con successo, è necessario un “dialogo” tra i tessuti che diventeranno l’embrione ei tessuti che collegheranno l’embrione alla madre. Nella prima settimana dopo la fecondazione si sviluppano tre tipi di cellule staminali: una alla fine diventerà i tessuti del corpo e le altre due supporteranno lo sviluppo dell’embrione. Uno di questi tipi di cellule staminali extraembrionali diventerà la placenta, che collega il feto alla madre e fornisce ossigeno e sostanze nutritive; e il secondo è il sacco vitellino, dove l’embrione cresce e da dove riceve i suoi nutrienti durante il primo sviluppo.
Molte gravidanze falliscono nel momento in cui i tre tipi di cellule staminali iniziano a inviarsi segnali meccanici e chimici l’uno all’altro, che dicono all’embrione come svilupparsi correttamente.
“Così tante gravidanze falliscono in questo periodo, prima che la maggior parte delle donne si renda conto di essere incinta”, ha detto Zernicka-Goetz, che è anche professore di biologia e ingegneria biologica al Caltech. “Questo periodo è la base per tutto il resto della gravidanza. Se va storto, la gravidanza fallirà”.
Negli ultimi dieci anni, il gruppo del professor Zernicka-Goetz a Cambridge ha studiato queste prime fasi della gravidanza, per capire perché alcune gravidanze falliscono e altre riescono.
“Il modello dell’embrione con cellule staminali è importante perché ci dà accessibilità alla struttura in via di sviluppo in una fase che normalmente ci è nascosta a causa dell’impianto del minuscolo embrione nell’utero della madre”, ha affermato Zernicka-Goetz. “Questa accessibilità ci consente di manipolare i geni per comprendere i loro ruoli di sviluppo in un sistema sperimentale modello”.
Per guidare lo sviluppo del loro embrione sintetico, i ricercatori hanno messo insieme cellule staminali in coltura che rappresentano ciascuno dei tre tipi di tessuto nelle giuste proporzioni e nell’ambiente per promuovere la loro crescita e comunicazione reciproca, fino ad autoassemblarsi in un embrione.
I ricercatori hanno scoperto che le cellule extraembrionali inviano segnali alle cellule embrionali tramite segnali chimici ma anche meccanicamente, o attraverso il tatto, guidando lo sviluppo dell’embrione.
“Questo periodo della vita umana è così misterioso, quindi essere in grado di vedere come accade in un piatto — avere accesso a queste singole cellule staminali, capire perché così tante gravidanze falliscono e come potremmo essere in grado di impedire che accadendo — è piuttosto speciale”, ha detto Zernicka-Goetz. “Abbiamo esaminato il dialogo che deve avvenire tra i diversi tipi di cellule staminali in quel momento: abbiamo mostrato come si verifica e come può andare storto”.
Un importante progresso nello studio è la capacità di generare l’intero cervello, in particolare la parte anteriore, che è stato un obiettivo importante nello sviluppo di embrioni sintetici. Questo funziona nel sistema di Zernicka-Goetz perché questa parte del cervello richiede segnali da uno dei tessuti extraembrionali per potersi sviluppare. Il team ha pensato che ciò potesse aver luogo dai loro studi del 2018 e del 2021, che hanno utilizzato le stesse cellule componenti per svilupparsi in embrioni in una fase leggermente precedente. Ora, spingendo lo sviluppo solo un giorno in più, possono affermare definitivamente che il loro modello è il primo in assoluto a segnalare lo sviluppo del cervello anteriore, e di fatto dell’intero cervello.
