Due gruppi di ricerca hanno fatto crescere embrioni sintetici di topo usando cellule staminali.

Embrioni di topo creati in laboratorio

Gli embrioni dei mammiferi si formano quando lo sperma feconda un uovo. Fin qui nulla di nuovo.

Un nuovo studio ha tuttavia dimostrato che, alle giuste condizioni, le cellule staminali coltivate in una piastra di Petri, possono dividersi e auto-organizzarsi in un embrione. 

Dal singolare esperimento, hanno preso forma degli embrioni di topi sintetici, in grado di sopravvivere per 8,5 giorni fuori dall’utero (la gestazione completa nei topi è di circa 20 giorni).

Un tempo molto lungo, che finora non era mai stato ottenuto da altri ricercatori impegnati sul medesimo tipo di progetto. Entriamo nel dettaglio.

Embrioni al microscopio: come si sono sviluppati

Gli embrioni sono stati posti in un bioreattore, una sorta di incubatrice, con al suo interno delle fiale di vetro che ruotavano. Un sistema di ventilazione controllava poi la pressione e la miscela di ossigeno e anidride carbonica che entrava nelle fiale.

Illuminati dal basso dal microscopio, gli embrioni di topo traslucidi risultavano uguali a quelli che nascono naturalmente. Anche le analisi dei modelli di espressione genica degli embrioni sintetici, su diversi tessuti, hanno mostrato che erano simili al 95% a un embrione di topo naturale della stessa età.

Ecco cosa è accaduto all’interno dell’utero artificiale

Dopo tre giorni gli embrioni hanno iniziato ad allungarsi. Al sesto giorno, da un’estremità, si è formato il tubo neurale, dall’altra una coda ha iniziato a germogliare. All’ottavo giorno, un cuore che batteva ha iniziato a far circolare il sangue attraverso i vasi che si formano intorno al sacco del tuorlo dell’embrione. Si sono inoltre iniziati formare il cervello e il sistema digestivo. Ma dopo l’8° giorno si è fermato lo sviluppo e i cuori degli embrioni si sono allargati fatalmente.

Solo circa 50 dei 10.000 ciuffi cellulari si sono auto-organizzati in embrioni. Il resto non si è sviluppato correttamente.

Una tecnica già nota con risultati sorprendenti 

Lo studio è stato realizzato da Magdalena Zernicka-Goetz, una biologa dello sviluppo e delle cellule staminali dell’Università di Cambridge, Regno Unito, e da un team del California Institute of Technology di Pasadena.

Gli scienziati in realtà hanno utilizzato una tecnica sviluppata in passato da Jacob Hanna, un biologo specializzato sulle cellule staminali, del Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israele. 

Si possono realizzare anche embrioni umani in laboratorio?

Ancora non è possibile arrivare a sostituire la Natura, almeno per quanto riguarda la riproduzione degli esseri umani. Tuttavia, Ali Brivanlou, un biologo dello sviluppo del Rockefeller University di New York City, è ottimista. «Il risultato non è troppo lontano».

In ogni caso, il lavoro potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere lo sviluppo degli organi con dettagli senza precedenti. «Questo è molto, molto eccitante», ha esclamato Jianping Fu, bioingegnere dell‘Università del Michigan ad Ann Arbor. «La prossima pietra miliare in questo campo sarà molto probabilmente un embrione umano sintetico a base di cellule staminali».

Sviluppo del cervello in laboratorio

Il team di Zernicka-Goetz ha anche condotto un altro singolare esperimento. Eliminando un gene chiamato Pax6, che ha un ruolo chiave nello sviluppo del cervello, le teste di topo non si sono sviluppate correttamente. 

Il test ha riproposto in vitro ciò che accade negli embrioni naturali che mancano di quel gene. Il risultato dimostra che «il sistema è effettivamente funzionale», ha dichiarato Zernicka-Goetz.

A cosa servono questi esperimenti sugli embrioni?

Per i ricercatori, questi modelli sintetici nati al di fuori dell’utero, sono molto più facili da osservare. Sono anche più facili da manipolare utilizzando strumenti di editing del genoma. Ciò potrebbe renderli utili per scoprire il ruolo di diversi geni nei difetti alla nascita o nei disturbi dello sviluppo. 

In effetti, Zernicka-Goetz prevede di usare questo modello per capire perché alcune gravidanze falliscono.

Secondo il team, i loro risultati potrebbero aiutare i ricercatori a capire perché alcuni embrioni falliscono, mentre altri continuano a svilupparsi in una gravidanza sana. Inoltre, i risultati potrebbero essere utilizzati per guidare la riparazione e lo sviluppo di organi umani sintetici per il trapianto.

Hanna, da parte sua, non è interessata agli embrioni sintetici per scopi riproduttivi. L’obiettivo finale verso cui sta lavorando è creare organi e tessuti per il trapianto e per il trattamento delle malattie umane, quali ad esempio la leucemia. La ricerca al servizio della salute e della qualità della vita.

Come superare la questione etica

La rivoluzione dell’embriologia sintetica potrebbe essere applicata agli uomini?

Forse! Anche se dal punto di vista scientifico, ci sono buone possibilità perché ciò avvenga, bisognerà fare i conti con la “questione etica” e solleva domande su quanto lontano tale ricerca possa o dovrebbe andare.

«Ci sarà sempre un’area grigia, ma come scienziati e come società dobbiamo unirci per decidere dove si trova la linea e definire ciò che è eticamente accettabile» – affermano gli studiosi.

Il rapporto pubblicato il 1 agosto su Cell. 

Fonti 

“Gli embrioni sintetici completano la gastrulazione alla neurazione e all’organogenesi” di Gianluca Amadei, Charlotte E. Handford, Chengxiang Qiu, Joachim De Jonghe, Hannah Greenfeld, Martin Tran, Beth K. Martin, Dong-Yuan Chen, Alejandro Aguilera-Castrejon, Jacob H. Hanna, Michael Elowitz, Florian Hollfelder, Jay Shendure, David M. Glover e Magdalena Zernicka-Goetz, 25 agosto 2022, Natura.
DOI: 10.1038/s41586-022-05246-3

Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02334-2

Tarazi, S. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 (2022).

Amadei, G. et al. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 (2022).

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