El nuevo modelo 3D brilla la luz en los aspectos claves del revelado temprano

De un punto de vista biológico, los primeros tiempos de la vida son los más misteriosos. Un embrión humano que se convierte experimenta una ráfaga de cambios rápidos, y estos cambios son excesivamente difíciles de estudiar porque transpiran dentro de los límites de una matriz.

Pero con nueva tecnología, puede ser que pronto sea posible llenar entrehierros importantes en nuestra comprensión del embarazo y del revelado tempranos. Células madres usadas recientemente de los científicos de Rockefeller para crear un modelo 3D de tejidos embrionarios tempranos, permitiendo que simulen procesos de desarrollo como ocurren en el tiempo y el espacio. Los investigadores esperan que esta herramienta, cuya utilidad que demostraron recientemente en un parte en biología celular de la naturaleza, permita aclarar más lejos los procesos que conducen incremento embrionario, y lleve final a las innovaciones que ascienden embarazos sanos.

Dimensiones del revelado

El concepto de usar a las células madres para modelar el revelado embrionario temprano primero fue desarrollado en laboratorios de Ali H. Brivanlou, el profesor de Roberto y de Harriet Heilbrunn, y Eric D. Siggia, la sala Brinning de la viola y el profesor de Elbert Calhoun Brinning, que publicaron su investigación inicial sobre el tema en 2014. A pesar de la fabricación de varios descubrimientos cruciales desde entonces, Brivanlou y Siggia sabían que su sistema, en cierto modo, fue limitado: los modelos convencionales de la célula madre son bidimensionales y no adquieren la forma real de un embrión, por lo tanto prohibiendo a investigadores de hacer las preguntas claves relacionadas con su estructura.

Por ejemplo, los científicos están altamente interesados en el proceso por el cual los embriones sujetan al útero--un primer paso crucial a un embarazo acertado. Y según Mijo Simunovic, una persona menor de Simons en el laboratorio de Siggia, es prácticamente imposible estudiar este fenómeno complejo en un sistema bidimensional.

La “agregación es intrínsecamente un problema 3D,” él dice.

Para abordar esta entrega, Brivanlou, Siggia, y Simunovic utilizaron una aproximación interdisciplinaria para desarrollar un modelo 3D que simulaba un embrión humano aproximadamente catorce-día-viejo--el escenario del revelado durante el cual una piedra miliaria dominante del revelado embrionario llamó el “gastrulation” ocurre.

“Combinamos varias técnicas--bioingeniería, la física, y biología de desarrollo--para crear este modelo,” explica a Simunovic, que observa que esta investigación no habría sido posible sin la colaboración única, prolongada entre los laboratorios de Siggia y de Brivanlou. “Ahora tenemos un sistema 3D que imite no sólo la huella dactilar genética del embrión, pero también su forma y talla.”

Por supuesto, no es suficiente para hacer un modelo que parezca simple un embrión real: debe también actuar como uno. Por consiguiente, los investigadores probados si su sistema podría simular uno de los procesos más fundamentales del revelado animal--un fenómeno conocido como fractura de la simetría.

Rompiendo la simetría, haciendo progreso

En su primero tiempo, un embrión comprende una esfera simétrica de células. Entonces, después de cerca de dos semanas, esta simetría comienza a desaparecer mientras que el embrión adquiere las características distintas que sentirán bien a diversas partes de la carrocería.

“Simetría que rompe impulsiones casi todo que suceso durante el revelado embrionario,” dice Simunovic. “Nuestras cabezas no parecen nuestros pies, y eso es porque, en algún momento, el embrión se rompe en dos porciones, anterior y posterior.”

Esta rotura es, de hecho, la primera fractura de la simetría del eje de carrocería que ocurre durante el revelado humano, y transpira enseguida después de la agregación al útero. Si los investigadores podrían inducir tal rotura en su modelo, razonaron, después sabrían que su sistema emuló exacto a un embrión real--por lo menos durante este período dominante en tiempo de desarrollo.

Con este fin, los investigadores expusieron su modelo a las señales químicas que, en embarazo, son liberadas por la placenta. Con una serie de experimentos, encontraron que la adición de una substancia química conocida como BMP4 incita seguro la fractura de la simetría.

Agregamos BMP4, y dos días después una porciones de la cultura tridimensional se convirtieron en el trasero futuro, y la parte opuesta se convirtió en el futuro anterior.”

Mijo Simunovic, persona menor de Simons en el laboratorio de Siggia

Este resultado tiene implicaciones más allá de aclarar la química de un proceso de desarrollo determinado. Ahora que los científicos pueden modelar con éxito acciones embrionarias en 3D, las extensiones de esta investigación se pueden utilizar en los estudios futuros de las complicaciones del embarazo, tales como agregación fracasada.

El “cerca de 50 a 75 por ciento de embriones no sujeta, creando un atascamiento enorme al embarazo,” dice Simunovic. “No sabemos porqué es decir, pero con este modelo podemos poder descubrir.”

Este sistema, notas de Brivanlou, se podía también utilizar para estudiar enfermedades innatas. “Podemos crear los modelos embrionarios 3D de condiciones genéticas, y seguimos el proceso de desarrollo en tiempo real,” él dice. “Estos modelos pueden finalmente avance la comprensión de una amplia gama de enfermedades para las cuales no tengamos actualmente ninguna idea donde y cuando las cosas comienzan a salir mal.”

Source:
Journal reference:

Simunovic, M. et al. (2019) A 3D model of a human epiblast reveals BMP4-driven symmetry breaking. Nature Cell Biology. doi.org/10.1038/s41556-019-0349-7.