Creati i primi embrioni sintetici di topo con cervello sviluppato

Gli embrioni di topo generati di recente da cellule staminali in un laboratorio mostrano uno sviluppo cerebrale maggiore rispetto a qualsiasi embrione di topo sintetico creato in precedenza.

Mentre altri ricercatori avevano creato embrioni di topo da cellule staminali, nessuno aveva raggiunto il punto in cui l’intero cervello, inclusa la parte anteriore, aveva iniziato a svilupparsi, secondo i ricercatori dell’Università di Cambridge e del California Institute of Technology.

I risultati, descritti su Nature, potrebbero aiutare gli scienziati a saperne di più su come si sviluppano gli embrioni umani e fornire informazioni sulle malattie. Possono inoltre fornire un’alternativa agli animali per i test.

I nuovi embrioni, che aggirano la necessità di spermatozoi o ovociti, sono stati sviluppati in laboratorio insieme a embrioni di topo naturale. Hanno rispecchiato le stesse fasi di sviluppo fino a otto giorni e mezzo dopo la fecondazione, sviluppando cuori pulsanti e altre basi degli organi, compresi i tubi neurali che alla fine si trasformano nel cervello e nel midollo spinale.”Penso che sia un grande progresso”, afferma Leonardo Beccari del Centro di Biologia Molecolare Severo Ochoa, a Madrid, non coinvolto nella ricerca.

Studiare il modo in cui le cellule staminali del topo interagiscono a questo punto dello sviluppo potrebbe anche fornire preziose informazioni sul motivo per cui le gravidanze umane falliscono durante le prime fasi e su come impedire che ciò accada.

Questa è davvero la prima dimostrazione del proencefalo in qualsiasi modello di sviluppo embrionale, ed è stato un Santo Graal per il campo.

David Glover, professore di ricerca di biologia e ingegneria biologica al Caltech, coautore del rapporto

Come sono stati sviluppati gli embrioni

Le cellule staminali sono in grado di trasformarsi in cellule specializzate, inclusi muscoli, cervello o cellule del sangue. Gli embrioni sintetici erano costituiti da tre tipi di cellule di topo: cellule staminali embrionali, che formano il corpo; cellule staminali del trofoblasto, che si sviluppano nella placenta; e cellule staminali endodermiche extraembrionali, che aiutano a formare il sacco uovo.

Gli embrioni sono stati sviluppati in un’incubatrice artificiale creata da Jacob Hanna del Weizmann Institute, coautrice dello studio. Proprio di recente ha tenuto embrioni di topo dall’aspetto realistico in crescita in un utero meccanico per diversi giorni fino a quando non hanno sviluppato cuori pulsanti.

Imitando i processi naturali di formazione di un embrione di topo all’interno di un utero, i ricercatori hanno guidato le cellule nell’interazione tra loro. Tutto questo attraverso l’auto-organizzazione in strutture che si sono sviluppate fino al punto in cui si sono formati cuori e fondamenta per l’intero cervello.

Il team ha anche rimosso un gene chiamato Pax6, essenziale per la formazione del sistema nervoso centrale e lo sviluppo del cervello e degli occhi. Questo per testare come reagirebbero gli embrioni modello. I modelli sintetici hanno continuato a mostrare gli stessi difetti noti nello sviluppo del cervello di un animale naturale portatore della mutazione. Successivamente, i ricercatori si sono interessati a eliminare i geni con funzioni sconosciute nello sviluppo del cervello, che potrebbero far luce sulla causa di alcuni difetti.

Questi embrioni potrebbero svolgere un ruolo significativo nell’aiutare gli scienziati a capire perché si verificano determinate mutazioni genetiche. Inoltre, potrebbero anche aiutare a testare un potenziale trattamento per una serie di disturbi.

Prospettive future sugli embrioni sintetici

Sebbene gli embrioni sintetici siano stati in grado di raggiungere lo stesso stadio di sviluppo degli embrioni di topo naturale, hanno smesso di crescere intorno alla metà di un tipico periodo di gravidanza di topo: da 19 a 20 giorni, e non sono riusciti a svilupparsi oltre l’ottavo giorno. Il laboratorio di Hanna ha riscontrato lo stesso problema e i ricercatori non sono ancora entrati a conoscenza del motivo.
Per questo stanno già lavorando su una struttura sintetica simile alla placenta che sperano consentirà agli embrioni di continuare a crescere uno o due giorni.

Superare quel punto sarà molto importante per lo sviluppo di nuovi farmaci e per stabilire quali farmaci siano compatibili con lo sviluppo naturale

Magdalena Zernicka-Goetz, professoressa di sviluppo dei mammiferi e biologia delle cellule staminali presso il Dipartimento di Fisiologia, Sviluppo e Neuroscienze di Cambridge