El primer mapa del desarrollo de las extremidades humanas
Un equipo de científicos saca a la luz insólitos enigmas sobre el desarrollo de las extremidades humanas. Los hallazgos incluyen claves extraordinarias sobre los numerosos e intrincados procesos que rigen la formación de los brazos y las piernas.
Por el Wellcome Sanger Institute
El primer mapa del desarrollo de las extremidades humanas revela procesos de crecimiento inesperados y explica síndromes encontrados al nacer. Crédito: DOI: 10.1038/s41586-023-00000-0.
Los dedos de las manos y de los pies no crecen hacia el exterior, sino que se forman a partir de un brote fundacional mayor, a medida que las células intermedias retroceden para revelar los dedos que hay debajo de ellas. Este es uno de los muchos procesos que los científicos han captado por primera vez tras elaborar un complejo atlas celular espacial de todo el brazo humano en desarrollo, que ha sido construido tanto en el espacio como en el tiempo.
En este estudio, que forma parte del proyecto Human Cell Atlas para cartografiar todos los tipos celulares del cuerpo humano, investigadores del Wellcome Trust Sanger Institute (Reino Unido), de la Universidad Sun Yat-sen (China) y del European Bioinformatics Institute (ReinoUnido) y sus colaboradores aplicaron tecnologías espaciales y unicelulares de vanguardia para crear un atlas que pone sobre la mesa el paisaje celular de la extremidad humana en las primeras etapas del desarrollo embrionario, y en el que se señala la ubicación exacta de las células involucradas.
El atlas, que ha sido publicado en la revista Nature y es de acceso libre para los investigadores, registra los intrincados procesos que gobiernan el rápido desarrollo de las extremidades durante las primeras etapas de su formación.
El atlas también descubre nuevos vínculos entre el desarrollo de las células y algunos síndromes congénitos que afectan a las extremidades, como los dedos cortos (braquidactilia) y la fusión de los dedos como la presencia de dedos adicionales (polisindactilia) en los pies y las manos.
Manos y pies en solo ocho semanas.
Se sabe que las extremidades surgen inicialmente como bolsas celulares indiferenciadas a los lados del cuerpo, sin forma ni función específicas. Sin embargo, a las ocho semanas de desarrollo, están bien diferenciadas, son anatómicamente complejas y fácilmente reconocibles como extremidades, con dedos en las manos y en los pies. Esto requiere una orquestación muy rápida y precisa de las células.
Así, cualquier pequeña alteración de este proceso puede tener efectos secundarios, por lo que las variaciones en las extremidades se encuentran entre los síndromes más frecuentes al nacer, ya que afectan aproximadamente a uno de cada quinientos nacimientos en todo el mundo.
Aunque el desarrollo de las extremidades se ha estudiado ampliamente en modelos de ratón y pollo, no está claro hasta qué punto reflejan la situación humana. Sin embargo, los avances tecnológicos permiten ahora explorar las primeras fases de la formación de las extremidades en nuestra especie.
En este nuevo estudio, los científicos han analizado tejidos embrionarios de entre las cinco y las nueve semanas de desarrollo. Esto les ha permitido rastrear programas específicos de expresión génica, activados en determinados momentos y en zonas concretas, que dan forma a las extremidades en desarrollo.
Una tinción especial del tejido embrionario reveló claramente cómo las poblaciones celulares se organizan diferencialmente en los patrones de los dedos en formación.
Como parte del estudio, los investigadores demostraron que determinados patrones genéticos tienen implicaciones en la formación de las manos y los pies, e identificaron ciertos genes que, cuando se alteran, se asocian a síndromes específicos de las extremidades, como las mencionadas braquidactilia y polisindactilia.
Scientists reveal unprecedented insights into human limb development, including the many intricate processes that govern their formation.
El equipo también pudo confirmar que muchos aspectos del desarrollo de las extremidades son comunes a humanos y ratones.
En conjunto, estos hallazgos no solo proporcionan una caracterización en profundidad del desarrollo de las extremidades en el ser humano, sino que también aportan datos fundamentales que podrían influir en el diagnóstico y el tratamiento de los síndromes congénitos que afectan a manos y pies.
La naturaleza, una prodigiosa escultora.
En palabras del profesor Hongbo Zhang, autor principal del estudio de la Universidad Sun Yat-sen, «Décadas de estudio en modelos de laboratorio han sentado las bases de nuestra comprensión del desarrollo de las extremidades de los vertebrados. Sin embargo, hasta ahora nos había sido difícil caracterizarlo en humanos, y no podíamos asumir la relevancia de los modelos de ratón para el desarrollo humano». Y añade: «Lo que revelamos es un proceso muy complejo y regulado con precisión. Es como ver trabajar a un escultor que va cincelando un bloque de mármol hasta revelar una obra maestra. En este caso, la naturaleza es la escultora, y el resultado, la increíble complejidad de nuestros dedos».
«Por primera vez hemos podido captar el extraordinario proceso de desarrollo de las extremidades con una resolución unicelular en el espacio y el tiempo», comenta Sarah Teichmann, autora principal del estudio del Wellcome Trust Sanger Institute y cofundadora del Human Cell Atlas. En palabras de ella, este proyecto está profundizando en nuestra comprensión a cerca de cómo surgen las estructuras anatómicamente complejas, y ayudando a descubrir los procesos genéticos y celulares que subyacen al desarrollo humano normal, con muchas implicaciones para la investigación y la asistencia sanitaria.
« Por ejemplo, hemos descubierto nuevas funciones de los genes clave MSC y PITX1, que pueden regular las células madre musculares. Esto podría ofrecer posibilidades de tratamiento de trastornos o lesiones musculares», concluye Teichmann.
Información facilitada por el Wellcome Trust Sanger Institute
Fuente: Zhang, B., He, P., Lawrence, J.E.G. et al. A human embryonic limb cell atlas resolved in space and time. Nature (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06806-x
