Científicos recrean en el laboratorio el «sistema GPS» del cuerpo
Utilizando modelos de células madre humanas, un equipo de científicos ha generado por primera vez notocorda, un tejido embrionario clave que guía la formación de la columna vertebral y el sistema nervioso. Este logro abre nuevas puertas al estudio del desarrollo humano y a posibles terapias futuras.
Por Enrique Coperías
Imagen de microscopía de barrido electrónico que muestra un aspecto muy detallado de piezas de los organoides troncales creados en Francis Crick Institute. Crédito: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart
El estudio, publicado en la revista Nature, marca un avance significativo en nuestra comprensión de las primeras etapas del desarrollo del cuerpo humano.
La notocorda es una estructura cilíndrica y flexible, en forma de varilla, que aparece en los embriones de todos los animales vertebrados. Funciona como un andamiaje temporal durante las primeras etapas del desarrollo, indicando a las células cómo organizarse para formar la columna vertebral y el sistema nervioso.
En los vertebrados, la notocorda es reemplazada posteriormente por la columna vertebral, aunque en algunos animales permanece como parte del esqueleto. Desempeña un rol clave como eje estructural y organizador de los tejidos embrionarios durante las primeras etapas del desarrollo embrionario.
No hay que olvidar que la notocorda actúa como eje estructural primario, ya que proporciona soporte al embrión en sus inicios y funciona como un precursor temporal de la columna vertebral. También desempeña un papel crucial en la inducción del desarrollo neural: envía señales moleculares, como la Sonic Hedgehog (Shh), al ectodermo suprayacente para estimular la formación del tubo neural, que se convertirá en el sistema nervioso central.
Además, la notocorda participa en la organización del desarrollo mesodérmico, ayudando a estructurar las áreas circundantes, incluidos los somitas, que darán origen a músculos, vértebras y dermis.
Sin embargo, debido a su complejidad, la notocorda había estado ausente en modelos previos de laboratorio que intentaban replicar el desarrollo del tronco humano, la base estructural donde se forman tanto el sistema nervioso como la columna vertebral, piezas esenciales para la funcionalidad y organización de nuestro organismo.
La primera notocorda funcional creada por primera vez en el laboratorio
Para superar este desafío, los investigadores del Francis Crick Institute, en Estados Unidos, analizaron embriones de pollo, para seguir con detalle cómo se forma la notocorda de manera natural. Al comparar estos hallazgos con datos de embriones de ratón y mono, lograron determinar las señales moleculares específicas y el momento exacto en que estas intervienen en la formación de este tejido.
Con este conocimiento, diseñaron una secuencia precisa de señales químicas y la aplicaron a células madre humanas. De este modo, lograron inducir la formación de una notocorda funcional por primera vez en el laboratorio.
Las células madre formaron una estructura en miniatura parecida a un tronco, que se alargó espontáneamente hasta alcanzar entre uno y dos milímetros de longitud. Contenía tejido neural en desarrollo y células madre óseas, dispuestas en un patrón que refleja el desarrollo en embriones humanos. Esto sugería que la notocorda anima a las células a convertirse en el tipo de tejido adecuado, en el lugar adecuado y en el momento adecuado.
Trozos de organoides troncales fijados con cinta adhesiva. Posteriormente, estas muestras se recubren con una fina capa de platino para obtener imágenes mediante microscopía electrónica. Cortesía: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart
Conocer mejor los problemas en los discos
Este avance científico podría ser clave para investigar defectos congénitos que afectan la columna vertebral y la médula espinal, así como para comprender mejor los trastornos relacionados con los discos intervertebrales, las estructuras rellenas de una sustancia gelatinosa, llamada núcleo pulposo, que funcionan como amortiguadores entre las vértebras y que se originan en la notocorda.
Estos discos, cuando se degeneran con la edad, son una causa común de dolor de espalda. Las lesiones más comunes de los discos intervertebrales incluyen la deshidratación, donde el núcleo pierde agua y elasticidad con los años, lo que se traduce en una merma de su capacidad amortiguadora; la protusión discal, un abultamiento del disco por roturas parciales del anillo fibroso; la hernia discal, en la que el núcleo atraviesa el anillo, comprimiendo nervios y causando dolor; el desgaste, que debilita y calcifica el disco por la degeneración de sus fibras; y la degeneración con osteofitos, donde crecimientos óseos anormales y pérdida de altura del disco generan rigidez y comprimen nervios.
“Encontrar las señales químicas exactas para producir la notocorda fue como dar con la receta adecuada. Los intentos anteriores de cultivar la notocorda en el laboratorio pudieron haber fracasado porque no entendíamos el momento necesario para añadir los ingredientes.”
«La notocorda actúa como un sistema de navegación para el embrión en desarrollo, ya que estable el eje principal del cuerpo y guía la formación de la columna vertebral y el sistema nervioso —explica James Briscoe, jefe del Grupo de Dinámica del Desarrollo del Francis Crick Institute y autor principal del estudio. Y añade—: Hasta ahora, generar este tejido esencial en el laboratorio había sido un desafío, lo que limitaba nuestra capacidad para estudiar el desarrollo humano y sus trastornos. Con este nuevo modelo funcional, se abren nuevas posibilidades para explorar y comprender condiciones del desarrollo que antes eran inalcanzables».
Para Rito, «lo más emocionante es que la notocorda de nuestras estructuras cultivadas en laboratorio parece funcionar de forma similar a como lo haría en un embrión en desarrollo. Envía señales químicas que ayudan a organizar el tejido circundante, igual que durante el desarrollo típico». ▪️
Células de notocorda dentro de un organoide troncal.
Información facilitada por el Francis Crick Institute
Fuente: Rito, T., Libby, A.R.G., Demuth, M. et al. Timely TGFβ signalling inhibition induces notochord. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08332-w
