Gli embrioni ibridi che chiariscono le fasi cruciali dello sviluppo

Una nuova tecnica, frutto di un'operazione di trapianto di cellule umane in embrioni di pollo, rivela i primi stadi dello sviluppo di un nuovo individuo senza ricorrere a embrioni umani, il cui uso a scopo di ricerca è consentito in molti paesi solo fino al quattordicesimo giorno. Ma alcuni esperti sollevano dubbi sull'utilità di surrogati embrionali che non siano pienamente umaniSara Reardon/Nature
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Prima di potersi sviluppare in un embrione, un ammasso di cellule deve decidere quale fine fare. Ma questo processo non era mai stato osservato negli umani, almeno finora.
Per la prima volta, un gruppo di ricercatori ha osservato cellule umane "organizzatrici" dirigere la formazione della parte superiore, inferiore, anteriore e posteriore dell'embrione. Lo hanno fatto sviluppando una tecnica che elude le restrizioni alla ricerca sugli embrioni umani mediante il trapianto di cellule umane in embrioni di pollo. Il metodo, pubblicato il 23 maggio su "Nature", potrebbe soppiantare l'uso di embrioni umani in alcuni esperimenti di laboratorio.
Le cellule organizzatrici furono scoperte nel 1924, durante una serie di esperimenti condotti in Germania sulle salamandre. Una coppia di biologi dello sviluppo trapiantò cellule dalla parte posteriore di un embrione di salamandra sulla parte anteriore di un altro embrione, dove le cellule si svilupparono in una seconda salamandra, congiunta alla prima. Questo suggerì che certe cellule della parte posteriore di un embrione potevano organizzare le cellule a loro vicine nella complessa serie di strutture che compongono un animale.

Prime fasi di sviluppo di un embrione umano (age fotostock / AGF)
Da allora, i ricercatori hanno identificato le cellule organizzatrici negli embrioni di molte altre specie. Ma gli scienziati non avevano mai osservato tali cellule guidare le fasi iniziali dello sviluppo umano. Le linee guida e le leggi etiche di molti paesi – tra cui gli Stati Uniti – vietano agli scienziati di compiere sperimentazioni su embrioni umani di più di 14 giorni di vita, che è il periodo in cui potrebbero formarsi le cellule organizzatrici.
"Nessuno sapeva che cosa succedesse dopo che la blastula si attacca all'utero", dice Ali Brivanlou, biologo dello sviluppo della Rockefeller University di
New York City e autore principale dell'ultimo studio.
Due in uno
Nel 2016, il gruppo di Brivanlou è stato il primo a coltivare embrioni umani in vitro fino al limite dei 14 giorni. Ma i ricercatori hanno fermato il lavoro prima del punto in cui gli embrioni iniziano una complessa riorganizzazione che porta alla crescita di arti e organi. Non hanno visto le cellule organizzatici negli embrioni umani prima che l'esperimento finisse.
Nell'ultimo studio, il team ha aggirato la regola dei 14 giorni sviluppando strutture simili agli embrioni a partire da cellule staminali embrionali umane.
Coltivando le cellule su piccoli quadrati di soli 22 millimetri di lato, i ricercatori hanno forzato le cellule a organizzarsi in strutture invece di propagarsi linearmente. Hanno anche trattato le cellule con diversi di fattori di crescita che le hanno stimolate a formare i vari strati cellulari visti nei primi embrioni. I test hanno rivelato che le strutture simili agli embrioni includevano un gruppo di cellule che esprimevano i geni osservati nelle cellule organizzatrici di altre specie.
Brivanlou e colleghi hanno poi trapiantato gli ammassi di cellule umane simili a embrioni su embrioni di pollo di 12 ore (che approssimativamente sono l'equivalente di un embrione umano di 14 giorni). I ricercatori hanno scoperto che, mentre gli embrioni modificati crescevano, le cellule organizzatrici umane inducevano le cellule di pollo a differenziarsi e a formare un secondo sistema nervoso di pollo.
Questo risultato riproduce i risultati dell'esperimento sulle salamandre del 1924, dice Brivanlou, anche se i suoi embrioni ibridi non hanno vissuto abbastanza a lungo da arrivare alla schiusa delle uova.
Studiare la crescita
Martin Pera, ricercatore di cellule staminali presso il Jackson Laboratory di Bar Harbor, nel Maine, è rimasto colpito dallo studio. "Questo sistema potrà portare a molte cose" – spiega – compresa una migliore comprensione dei difetti nello sviluppo precoce di embrioni umani che possono causare aborti spontanei e una migliore capacità di confrontare le strutture simili agli embrioni con colture di cellule staminali umane, per definire meglio le potenzialità delle cellule staminali.

Microfotografia di embrione di pollo alla sessantesima ora di sviluppo (Science Photo Library / AGF)
La tecnica potrebbe anche evitare i problemi etici associati allo studio degli embrioni umani in laboratorio. "È un vero progresso: è bello che questo possa essere osservato senza bisogno di usare embrioni", afferma Martin Blum, biologo dello sviluppo dell'Università di Hohenheim, a Stoccarda, in Germania. "Al momento non riuscivo a pensare a un caso in cui sarebbe stato necessario un embrione umano in una fase precoce di sviluppo per rispondere alle domande di base."
Brivanlou non è d'accordo. "Non esiste alcun surrogato del vero embrione che ne consenta lo studio", spiega. "Tutto ciò che otteniamo con i modelli è una semplificazione eccessiva".
Il prossimo passo, sottolinea, è determinare esattamente in che modo le cellule organizzatrici umane influenzano le loro vicine. Questo potrebbe ispirare gli sforzi per manipolare le cellule staminali umane in specifici tessuti o strutture, come parte delle terapie per rigenerare organi e tessuti. "Le cellule staminali embrionali umane e le cellule uovo hanno tutte le informazioni", dice Brivanlou. "Ogni altra cosa serve a far cadere la prima tessera del domino."