FDurante varios años, los investigadores estudiaron las células madre embrionarias humanas (CME) para comprender las características únicas de estas células pluripotentes, pero por sí solas, se parecían poco a las estructuras complejas de las que derivaban. Si bien los embriones humanos donados de clínicas de fertilización in vitro ofrecieron información sobre el período de desarrollo temprano, trabajar con ellos es un desafío técnico y ético. En los últimos años, los científicos desarrollaron una variedad de modelos de embriones basados en células madre para superar estos desafíos.
(1) Cuerpos embrionarios: En un primer ejemplo de un modelo de embrión humano en 3D, los investigadores cultivaron células madre embrionarias en placas no adhesivas en medios sin un inhibidor de la diferenciación o factor de crecimiento para que se desarrollaran. cuerpos embrionarios (EB) que tienen las tres capas germinales embrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo. Los EB ayudan en la detección de fármacos y en el desarrollo de algunos organoides.
(2) Colonias de micropatrones: Para estudiar la organización espacial de los embriones humanos, los investigadores trataron las células madre embrionarias con un factor de crecimiento y las cultivaron en pocillos geométricamente confinados con un revestimiento de matriz extracelular. Estas células madre embrionarias se diferenciaron y se ensamblaron en capas radiales de tres tejidos germinales embrionarios, o colonias de micropatrones.2 Los investigadores utilizan estas colonias organizadas espacialmente para estudiar la expresión genética y el papel de la densidad celular en el desarrollo del embrión.
(3) Blastoides: En 2021, cuatro grupos descubrieron de forma independiente que inhibir los factores de crecimiento y diferenciación en ingenuo o preparado Las células madre pluripotentes (PSC) y el cultivo de las células en hidrogel no adherente generaron una estructura similar a un blastocistoa blastoidecon células del trofectodermo, el epiblasto y el endodermo primitivo.3-6 Los blastoides se asemejan al período de preimplantación del desarrollo del embrión.
(4) Modelos de embriones post-implantación: Los científicos diferenciaron las células madre pluripotentes (en etapa ingenua o preparada) en linajes que representan el endodermo y el trofectodermo primitivos y los agregaron con células madre pluripotentes, modelando el epiblasto, en proporciones definidas. Estos agregados se ensamblaron en estructuras que modelaban el embrión post-implantación—un hito importante en la biología del desarrollo que podría permitir a los investigadores estudiar esta etapa crítica en el futuro.7,8
(5) Gastruloides: Para superar las limitaciones en el estudio del desarrollo embrionario después de 14 días, un grupo trató previamente las células madre embrionarias con un activador de una vía de proliferación y luego las cultivó a una densidad de 300 células en una placa de baja adherencia, lo que provocó que las células madre embrionarias se agregaran. Durante 96 horas, observaron que estos agregados se alargaban, imitando la gastrulación, y las células comenzaban a diferenciarse en aquellas que representaban las tres capas germinales. gastruloides permitir a los científicos estudiar el período más temprano del desarrollo de los órganos, lo cual está prohibido en la investigación con embriones.9
Después de que un espermatozoide fecunda un óvulo, la célula totipotente se divide en un cigoto. A medida que continúa la división, algunas células se dividen en la masa en crecimiento, distinguiendo las células que forman el embrión (epiblasto) de las que forman la placenta (trofectodermo). Las divisiones celulares posteriores conducen a la formación del endodermo primitivo, que forma un blastocisto. Esta estructura se implanta alrededor de una semana después de la fecundación. A medida que continúa el desarrollo, el epiblasto invade hacia el interior en dirección al endodermo primitivo. Esto comienza la diferenciación en las tres capas germinales que construirán todos los demás tejidos corporales: ectodermo, mesodermo y endodermo.
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