Científicos utilizan la programación celular para imitar los primeros días del desarrollo embrionario
Científicos han logrado recrear las primeras etapas del desarrollo embrionario sin utilizar embriones reales, gracias a una innovadora técnica basada en el cortapega genético CRISPR. Este avance podría revolucionar la comprensión de la fertilidad y los trastornos del desarrollo.
Por Enrique Coperías
Mediante ingeniería genética basada en la técnica CRISPR, los científicos han conseguido que un puñado de células madre se organicen en estructuras programables similares a embriones, conocidas como embrioides. Cortesía: Ali Shariati/ UC Santa Cruz
Los primeros días tras la fecundación, cuando un espermatozoide se encuentra con un óvulo, siguen siendo un enigma científico.
El proceso mediante el cual una célula única se transforma en un organismo completo fascina a científicos de diversas disciplinas. En algunos animales, la multiplicación celular, la especialización de células y su organización en un embrión multicelular ocurren dentro del útero, lo que dificulta la observación directa.
Esta limitación impide comprender con precisión qué puede fallar en dicho proceso y cómo los factores de riesgo o el entorno afectan a la formación embrionaria.
De células madre a embrioides
Un equipo de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC), en Estados Unidos, ha desarrollado modelos celulares de embriones sin utilizar embriones reales, lo que les permite replicar los primeros días tras la fusión de dos células reproductivas. Mediante ingeniería genética basada en la técnica CRISPR, logran que células madre se organicen en estructuras programables similares a embriones, conocidas como embrioides.
Estas estructuras no son embriones propiamente dichos, sino agrupaciones de células cultivadas en laboratorio que imitan ciertas etapas iniciales del desarrollo embrionario. Sus hallazgos han sido publicados en la prestigiosa revista Cell Stem Cell.
Antes de continuar hay que decir que la técnica CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), conoidda vulgarmente como «cortapega genético», es una herramienta de edición genética que permite modificar el ADN de forma precisa y eficiente. Basada en el sistema inmunológico de bacterias, utiliza una enzima llamada Cas9 para cortar el ADN en ubicaciones específicas, lo que permite eliminar, modificar o insertar secuencias genéticas.
Su precisión y versatilidad la han convertido en una de las tecnologías más revolucionarias en biotecnología, con aplicaciones en medicina, agricultura e investigación genética.
Con células madre de ratón
«A los científicos nos interesa recrear y reutilizar fenómenos naturales, como la formación de un embrión, en el laboratorio, para realizar estudios que de otro modo serían difíciles de llevar a cabo en sistemas biológicos reales —explica Ali Shariati, profesor adjunto de Ingeniería Biomolecular y autor principal del estudio, en un comunicado de la UCSC. Y añade—: Queremos entender cómo se organizan las células en un modelo similar al embrión y qué puede fallar en condiciones patológicas que impiden un desarrollo exitoso».
Shariati, experto en ingeniería de células madre, investiga cómo estas células no especializadas, capaces de generar cualquier tipo celular, pueden emplearse para resolver problemas biológicos y médicos.
Este estudio, liderado por Gerrald Lodewijk, becario postdoctoral en la UCSC, y Sayaka Kozuki, exalumna de ingeniería biomolecular y actual estudiante de posgrado en Caltech, empleó células madre de ratón, comúnmente utilizadas en laboratorio, para guiarlas en la formación de los componentes básicos del embrión.
Los modelos celulares programables de embriones, conocidos como embrioides, permiten a los científicos imitar los primeros días del desarrollo embrionario.
Un lienzo en blanco
El equipo utilizó una variante de la tecnología CRISPR conocida como editor del epigenoma, que no corta el ADN, sino que modifica su expresión. Shariat, Lodewijk y sus colegas se enfocaron en regiones del genoma clave para el desarrollo temprano del embrión. Esto permite controlar la activación de genes esenciales e inducir la formación de los principales tipos celulares involucrados en este proceso.
«Utilizamos las células madre, que actúan como un lienzo en blanco, y las manipulamos para inducir diferentes tipos celulares con nuestras herramientas CRISPR», explicó Lodewijk.
Este método ofrece la ventaja de promover el codesarrollo de diversos tipos celulares de manera más similar a la formación natural del embrión que los enfoques químicos empleados por otros científicos.
Como en un embrión real
«Estas células se desarrollan juntas, como en un embrión real, estableciendo relaciones de vecindad —señala Shariati. Y advierte—: No alteramos su genoma ni las sometemos a moléculas de señalización externas; simplemente activamos sus genes preexistentes».
El equipo descubrió que, tras unos días, el 80% de las células madre se organizaban en una estructura que imita la fase más temprana de un embrión, con una activación génica que refleja el desarrollo de organismos vivos.
«La similitud es notable, tanto en la organización celular como en su composición molecular —afirma Shariati—. Es como si las células supieran exactamente qué hacer, y nosotros solo les diéramos una ligera orientación».
Para estudiar los trastornos del desarrollo
Además, los investigadores observaron un comportamiento colectivo en las células al moverse y organizarse. «Algunas comienzan a migrar en patrones rotativos, similar al comportamiento colectivo de aves u otras especies —describe Shariati. Y continúa—: A través de esta migración y coordinación, logran formar patrones embrionarios fascinantes».
Contar con un modelo de referencia preciso que refleje el embrión temprano de un organismo vivo podría permitir a los científicos estudiar mejor los trastornos del desarrollo y aprender cómo tratarlos.
«Estos modelos ofrecen una representación más completa de lo que ocurre en las primeras fases del desarrollo y pueden capturar los procesos subyacentes», comenta Lodewijk.
A la caza de mutaciones nocivas
La tecnología CRISPR no solo permite activar genes al inicio del experimento, sino también modificar su expresión en distintas etapas del desarrollo embrionario. Esto hace que los modelos embrionarios sean programables, es decir, que puedan manipularse con precisión para estudiar el impacto de múltiples genes conforme el modelo avanza, revelando qué mutaciones pueden ser perjudiciales.
Como demostración, los investigadores analizaron cómo ciertos tejidos se forman o se ven impedidos en el desarrollo temprano, aunque su método podría aplicarse al estudio de una amplia gama de genes y sus efectos en cascada sobre los tipos celulares.
«Creo que la clave innovadora de este estudio es la programabilidad del sistema y el hecho de que no dependemos de factores externos, sino que ejercemos un control interno dentro de la célula», destaca Shariati.
Una ayuda para la medicina reproductiva
Los investigadores también exploran la posibilidad de aplicar este enfoque a otras especies, y estudiar así la formación de embriones sin recurrir a muestras biológicas reales.
Esta investigación abre la puerta al análisis de fallos tempranos en la reproducción, adelantan los autores del trabajo. En mamíferos, los humanos presentan una mayor dificultad para lograr embarazos exitosos, ya que los embriones suelen fallar en la implantación o en la organización temprana.
Comprender estos tropiezos podría contribuir al avance en tratamientos de fertilidad y medicina reproductiva. ▪️
Información facilitada por la Universidad de California en Santa Cruz
Fuente: Gerrald A. Lodewijk, Sayaka Kozuki, Clara J. Han, Benjamin R. Topacio, Seungho Lee, Lily Nixon, Abolfazl Zargari, Gavin Knight, Randolph Ashton, Lei S. Qi, S. Ali Shariati. Self-organization of mouse embryonic stem cells into reproducible pre-gastrulation embryo models via CRISPRa programming. Cell Stem Cell (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.02.015.
