Un progresso fondamentale verso l'embrione artificiale / A fundamental progress towards the artificial embryo

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Embrione di topo dopo 9 giorni e mezzo di gestazione (AGF/Science Photo Library) / Mouse embryo after 9 and a half days of gestation

Utilizzando tre tipi di cellule staminali derivate da topi di laboratorio è possibile far maturare un ammasso di ovociti fecondati fino allo stadio di gastrulazione, vale a dire la fase dello sviluppo embrionale in cui avviene il differenziamento in tre strati cellulari che daranno origine a organi e apparati diversi. Lo ha dimostrato un nuovo studio sperimentale, compiendo un progresso fondamentale verso la realizzazione di un embrione artificiale completo

Il sogno di creare un embrione artificiale ha fatto un enorme passo in avanti grazie ai risultati di uno studio pubblicato sulla rivista “Nature Cell Biology” da Magdalena Zernicka-Goetz e colleghi, che sono riusciti a produrre con cellule staminali di topo delle strutture embrionali artificiali capaci di gastrulazione, un processo fondamentale per le prime fasi di sviluppo di un nuovo individuo.

Nei mammiferi, un ovocita fecondato si divide diverse volte per generare un ammasso di cellule chiamato bastocisti. La blastocisti comprende tre tipi di cellule: le staminali embrionali, che andranno a costituire il futuro organismo, le staminali trofoblastiche, che formeranno la placenta (TSC), e le staminali endodermiche primitive (PESC), che formeranno il sacco amniotico.

Una combinazione di staminali embrionali e trofoblastiche, prelevate da topi, modificate geneticamente e inserite in un’impalcatura di gel, è in grado di produrre autonomamente una struttura che somiglia molto da vicino a un embrione naturale. Lo ha dimostrato nel 2017 lo stesso gruppo di Zernicka-Goetz, scoprendo anche un notevole livello di comunicazione tra i due tipi di cellule staminali, interpretato come un modo delle cellule di “spiegare” le une alle altre dove collocarsi all’interno dell’embrione.

Ciò che mancava era la gastrulazione, un passaggio cruciale in cui l’embrione passa dall’avere un singolo strato ad avere tre strati distinti: uno più interno (endoderma), uno intermedio (mesoderma) e uno esterno (ectoderma), che daranno origine rispettivamente a diversi organi e apparati.

“Nel corso del normale sviluppo embrionale, la corretta gastrulazione è possibile solo se sono presenti i tre tipi di cellule 

staminali: per ricostruire questa complessa orchestrazione cellulare, non restava che aggiungere il terzo tipo di cellula staminale”, ha spiegato Zernicka-Goetz. "Sostituendo al gel che abbiamo usato nei primi esperimento questo terzo tipo di staminali siamo riusciti a generare strutture il cui sviluppo è arrivato a un successo sorprendente”.

In sostanza, aggiungendo le staminali endodermiche primitive gli autori sono riusciti a vedere il loro protoembrione andare incontro a gastrulazione e auto-organizzarsi in tre strati: la cronologia, l’architettura e gli schemi di attività genica erano del tutto analoghi a quelli dello sviluppo embrionale naturale. Si è dunque molto vicini a creare un embrione artificiale: il prossimo passo potrebbe essere l’impianto nel corpo della madre o in una placenta artificiale.

Ma prima gli autori vorrebbero arrivare a una migliore comprensione di come i tre tipi di staminali interagiscono per portare avanti lo sviluppo embrionale. Un metodo possibile consiste nel'alterare sperimentalmente le vie biologiche di uno o due tipi di staminali per verificare che cosa succede agli altri.

“Potremmo anche cercare di applicare questo metodo ai tipi di staminali umane equivalenti e studiare così gli stadi primordiali dello sviluppo umano senza aver bisogno di usare embrioni umani naturali”, ha concluso Zernicka-Goetz. 

ENGLISH

Using three types of stem cells derived from laboratory mice it is possible to mature a mass of fertilized oocytes up to the stage of gastrulation, namely the phase of embryonic development in which the differentiation occurs in three cell layers that will give rise to organs and apparatuses different. This was demonstrated by a new experimental study, making a fundamental progress towards the realization of a complete artificial embryo

The dream of creating an artificial embryo took a huge step forward thanks to the results of a study published in the journal "Nature Cell Biology" by Magdalena Zernicka-Goetz and colleagues, who managed to produce mouse stem cells from artificial embryonic structures. capable of gastrulation, a fundamental process for the early stages of development of a new individual.

In mammals, a fertilized oocyte divides several times to generate a cluster of cells called bastocysts. The blastocyst includes three types of cells: the embryonic stem cells, which will form the future organism, the trophoblastic stem cells, which will form the placenta (TSC), and the primitive endodermal stem cells (PESC), which will form the amniotic sac.

A combination of embryonic and trophoblastic stem cells, taken from mice, genetically modified and inserted into a gel scaffold, is able to autonomously produce a structure that closely resembles a natural embryo. This was demonstrated by the same group of Zernicka-Goetz in 2017, also discovering a remarkable level of communication between the two types of stem cells, interpreted as a way of cells to "explain" one to the other where to place themselves inside the embryo .

What was missing was gastrulation, a crucial step in which the embryo passes from having a single layer to having three distinct layers: one more internal (endoderm), one intermediate (mesoderm) and one external (ectoderm), which will give rise to respectively to different organs and systems.

"During normal embryonic development, correct gastrulation is only possible if the three types of stem cells are present: to reconstruct this complex cellular orchestration, only the third type of stem cell remained," explained Zernicka-Goetz. "By replacing the gel that we used in the first experiment, this third type of stem was able to generate structures whose development has come to a surprising success."

Basically, by adding primitive endodermal stem cells, the authors managed to see their protoembrione going through gastrulation and self-organizing into three layers: chronology, architecture and patterns of gene activity were completely analogous to those of embryonic development. natural. It is therefore very close to creating an artificial embryo: the next step could be implantation in the mother's body or in an artificial placenta.

But first the authors would like to arrive at a better understanding of how the three types of stem interact to carry out embryonic development. One possible method is to experimentally alter the biological pathways of one or two types of stem cells to verify what happens to others.

"We could also try to apply this method to the types of equivalent human stem cells and thus study the primordial stages of human development without needing to use natural human embryos," Zernicka-Goetz concluded.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2018/07/25/news/passo_embrione_artificiale-4057477/?ref=nl-Le-Scienze_27-07-2018