Embriones humanos de laboratorio: gran avance para la ciencia, un reto para la ética

Dra. Hilda María Lomelí Buyoli

El desarrollo de un humano se inicia con la unión de un espermatozoide y un óvulo, lo que da lugar a la formación de un embrión. Esto, sin embargo, no es necesariamente cierto para los científicos que se dedican a la embriología sintética (o de laboratorio), quienes buscan producir embriones a partir de células en cultivo.

La embriología sintética empezó su historia en los años 80 del siglo pasado, cuando se lograron obtener cultivos estables de células embrionarias (CE) extraídas de embriones de ratón. Estas células se llaman pluripotenciales, debido a su habilidad de diferenciar hacia cualquier tipo de célula, como las que se encuentran en órganos y tejidos adultos.

Ahora, 40 años después, dos grupos destacados de investigadores de la Universidad de Cambridge y el Instituto Weizmann de Israel, reportaron en un congreso la generación de embriones humanos a partir de células embrionarias, prescindiendo tanto del óvulo y del espermatozoide como de un útero [1,2].

Estos embriones tuvieron capacidad de avanzar hasta etapas posteriores a la implantación equivalentes al día 14 del desarrollo humano, lo que incluyó la formación de placenta y el inicio de un proceso muy relevante llamado gastrulación - en el que se producen los tres grandes tipos de tejido (endodermo, mesodermo y ectodermo), que generan todos los órganos y dónde se empiezan a definir los ejes del cuerpo (por ejemplo, la cabeza y la cola; la espalda y el vientre), así como la formación de células germinales (los futuros espermatozoides y óvulos).

Pero, vayamos por partes: ¿Qué es la embriología sintética?

Es una ciencia interdisciplinaria que se nutre de la biología del desarrollo, la biología de células madre y la ingeniería biomédica que tiene como objetivo inducir la auto-organización y ensamblaje de células en cultivo, para producir embriones artificiales que recapitulen la totalidad de los eventos que se presentan durante el desarrollo de un embrión, desde la primera célula hasta la formación de los órganos, y que además, reproduzcan su forma tridimensional.

Para describir la receta de cómo hacer un embrión, es necesario que hablemos del inicio de su desarrollo y de las características que presentan las primeras células que lo constituyen.

Una vez que se fecunda un huevo, éste se empieza a dividir para producir más células y así formar un embrión de etapa temprana que se llama blastocisto. Si bien la primera célula y las que derivan de las primeras divisiones celulares son células todopoderosas - en el sentido de que tienen todas las instrucciones para dar lugar a una persona-, las que están en el blastocisto ya tienen un potencial más restringido.

En el blastocisto se presentan tres tipos de células: 1) las que darán lugar al embrión y posteriormente al individuo, las cuales se alojan en una región llamada epiblasto 2) las que producen la placenta, que conecta el embrión a la madre, y 3) las que formarán el saco vitelino. Estos tres linajes son indispensables para el desarrollo de un embrión producido normalmente, así como para inducir in vitro el proceso de formación de un embrión sintético. Por otra parte, las células totipotentes de etapas anteriores, aunque son inmortales porque pueden reproducirse continuamente, no podrán empezar in vitro un proceso de auto ensamblaje (figura 1).

Entonces, la estrategia utilizada por estos científicos para hacer embriones sintéticos consiste en combinar los tres tipos de células del blastocisto - los cuales previamente se habían logrado cultivar en cajas de Petri – una vez que se mezclan los tres tipos de células se proveen condiciones ambientales similares a las que ocurren en el útero.

Esta última parte es de gran importancia, ya que la formación de un cuerpo con forma equivalente a la de un embrión natural requiere de condiciones de cultivo que son difíciles de lograr. Aquí es donde la bioingeniería tiene un papel esencial, tanto en el desarrollo de los medios como uso de hidrogeles y microfluidos, que facilitan la organización de las células en tres ejes; como en el diseño de plataformas e incubadores especiales y biorreactores rotatorios con características muy particulares que logran imitar al útero.

Pero esto no se hizo por primera vez en humanos

Como todo en la ciencia, el gran logro que representa la obtención de embriones humanos no viene de la nada, sino que es resultado de muchos avances anteriores, la mayoría de ellos desarrollados en ratón. En los años 90, se establecieron protocolos para que a partir de células embrionarias estimuladas con diversos factores de crecimiento se obtuvieran los llamados cuerpos embrionarios, los cuales producen algunos linajes del epiblasto, pero no contienen tejidos no embrionarios (placenta).

Posteriores desarrollos han permitido la creación de otros modelos de embriones que se llaman “blastoides”, “gastruloides” y “organoides” y que son de gran utilidad para estudios del desarrollo y para la bioingeniería de órganos, pero no reconstruyen los eventos tempranos del desarrollo en toda su extensión.

En el año 2022, varios grupos de investigación reportaron la obtención de embriones sintéticos de ratón crecidos exútero que avanzaron hasta la gestación media en los que se observó la formación de los ejes corporales, una columna espinal, un corazón latiente y una cabeza naciente. Más recientemente, en abril de este año, investigadores de Shangai, China, reportaron la creación de embriones sintéticos de macacos que a los 9 días se pudieron implantar en úteros de madres, logrando embarazos en 3 de 8 casos, si bien se abortaron de manera espontánea pocos días después.

¿Y para qué sirven?

Es importante aclarar que, en esta etapa, los embriones sintéticos buscan funcionar como modelos de estudio, no para obtener organismos viables que provengan de tubos de ensayo. En el caso de humanos se sabe que la reproducción humana es extremadamente ineficiente, con un tercio de los embarazos naturales abortados espontáneamente en las primeras dos semanas. Aunque la fertilización in vitro permite estudiar embriones en la primera semana de embarazo, después de esa etapa se conoce muy poco sobre el proceso de desarrollo humano.

El estudio de modelos embrionarios humanos nos ayudaría a comprender muchas de las causas de los abortos espontáneos tempranos. Asimismo, los embriones humanos sintéticos alcanzan a iniciar la gastrulación (recordemos que es el proceso en el que se producen los tres grandes tipos de tejido: endodermo, mesodermo y ectodermo), por lo que permitirían estudiar por primera vez los mecanismos moleculares de la gastrulación humana. Es importante enfatizar que por ahora la eficiencia de estos experimentos es muy baja.

¿Y las implicaciones éticas?

Los experimentos que involucran embriones humanos siempre han suscitado grandes debates. Este caso no es una excepción. Por ahora, en muchos países las leyes permiten crecer embriones humanos únicamente hasta el día 14, momento previo al inicio de la formación del cerebro y el corazón. Es también el punto en el que el embrión ya no puede dividirse para formar dos personas que define el concepto de un individuo.

Sin embargo, esta ley ampara a embriones extraídos de madres para fertilización in vitro; y puesto que los embriones sintéticos no provienen de un huevo fertilizado, no se consideran verdaderos embriones, y, por ende, las leyes en curso no aplican a ellos. Por esta razón, y dado que las investigaciones avanzan más rápido que las reflexiones éticas y legales, es urgente que se dé una discusión exhaustiva respecto a las consecuencias sociales, morales y de seguridad médica para regular la creación y el crecimiento de embriones sintéticos, tomando en cuenta la definición legal de qué es un ser humano.

Referencias

1. Weatherbee, B.A.T., Gantner, C.W., Iwamoto-Stohl, L.K. et al. (2023). Pluripotent stem cell-derived model of the post-implantation human embryo. Nature DOI: 10.1038/s41586-023-06368-y
2. Oldak, B., Wildschutz E., Bondarenko, V. et al. (2023). Complete human day 14 post-implantation embryo models from naïve ES cells. Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-06604-5

Lecturas recomendadas

1. Ball, P. (Junio 13. 2023). ‘Embryo Models’ Challenge Legal, Ethical and Biological Concepts. Quantamagazine. Qanta Magazine. https://www.quantamagazine.org/embryo-models-challenge-legal-ethical-and-biological-concepts-20230613/#comments
2. Tolosa, A. (Agosto 25, 2022). Crean embriones sintéticos de ratón a partir de células madre embrionarias que reproducen primeras etapas del desarrollo. Genotipia. https://genotipia.com/geneticamedicanews/embriones-sinteticos-de-raton-celulas-madre-embrionarias/
3. Domínguez, N. (Junio 11, 2020). Un modelo de embrión humano muestra una fase nunca observada de la vida. El País. https://elpais.com/ciencia/2020-06-11/un-modelo-de-embrion-humano-muestra-una-fase-nunca-observada-de-la-vida.html#?rel=mas