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Milano, 23 lug. (AdnKronos Salute) - Passo avanti sulla strada della creazione di embrioni artificiali: un team internazionale di ricercatori ha usato cellule staminali di topo per produrre strutture simili a embrioni, capaci di affrontare un passaggio chiave: la gastrulazione, una fase essenziale in cui le cellule embrionali si auto-organizzano nella struttura corretta.
Il gruppo di scienziati, guidato da Magdalena Zernicka-Goetz all'università di Cambridge (Gb), aveva già creato una struttura molto più semplice simile a un embrione di topo in coltura, utilizzando due tipi di cellule staminali e un'impalcatura 3D su cui possono crescere. Nel nuovo studio - pubblicato oggi su 'Nature Cell Biology' - il team ha sviluppato una ulteriore tipologia di struttura utilizzando non solo due, ma tre tipi di cellule staminali e consentendo di ricostruire il processo della gastrulazione.
Quando un ovocita di mammifero viene fecondato da uno spermatozoo, si divide più volte per generale una piccola 'palla fluttuante' che comprende tre tipi di staminali. Nello stadio di sviluppo noto come blastocisti, le staminali embrionali (Esc) che alla fine formeranno il futuro corpo si raggruppano all'interno dell'embrione verso un'estremità. Gli altri due tipi di cellule 'bambine' nella blastocisti sono staminali trofoblastiche extra-embrionali (Tsc) che formeranno la placenta e staminali endodermiche primitive (Pesc) che formeranno il sacco vitellino, assicurando che gli organi del feto si sviluppino correttamente e fornendo nutrienti essenziali.
Quando nel marzo 2017, Zernicka-Goetz e colleghi pubblicarono lo studio in cui descrivevano come - combinando staminali embrionali e trofoblastiche di topo geneticamente modificato con uno scaffold 3D gelatinoso come matrice extracellulare - erano riusciti a far crescere una struttura capace di assemblare se stessa, simile per sviluppo e architettura all'embrione naturale, mancava il passaggio chiave della gastrulazione, descritta dal biologo Lewis Wolpert come "il momento più importante della vita". C'era però già un notevole grado di comunicazione tra i due tipi di staminali: le cellule, in un certo senso, si dicevano l'un l'altra dove collocarsi.
La gastrulazione è il punto in cui l'embrione si trasforma da struttura a singolo strato a una fatta di tre strati (foglietti): uno strato interno (endoderma), uno strato intermedio (mesoderma) e uno strato esterno (ectoderma), determinando in quali tessuti o organi le cellule si svilupperanno.
"Una corretta gastrulazione nel normale sviluppo è possibile solo se si hanno tutti e tre i tipi di cellule staminali. Per ricostruire questa danza complessa, abbiamo dovuto aggiungere la terza cellula mancante", chiarisce Zernicka-Goetz. "Sostituendo la gelatina che usavamo nei precedenti esperimenti con questo terzo tipo di staminali, siamo stati in grado di generare strutture il cui sviluppo è stato sorprendentemente efficace".
L''embrione' così creato è stato osservato mentre si organizzava nei tre strati corporei di cui dispongono tutti gli animali. E anche la tempistica, l'architettura e i modelli dell'attività genica riflettono quelli dello sviluppo dell'embrione naturale, precisano gli esperti. "I nostri embrioni artificiali hanno vissuto l'evento più importante della vita in una piastra di coltura", commenta Zernicka-Goetz. "Sono estremamente vicini ai veri embrioni, e per svilupparsi ulteriormente dovrebbero essere impiantati nel corpo della madre o in una placenta artificiale".
Ora, aggiunge la scienziata, "possiamo anche provare ad applicare"la tecnica "ai tipi di staminali umane equivalenti e studiare i primissimi eventi nello sviluppo degli embrioni umani senza dover usare embrioni umani naturali". Con questo filone di studi i ricercatori potrebbero conoscere molti degli aspetti fondamentali delle prime fasi di sviluppo dei mammiferi. Questi confronti dovrebbero consentire di studiare eventi che si verificano oltre il 14esimo giorno di gravidanza umana (la legge del Regno Unito consente di studiare gli embrioni in laboratorio solo fino a questo periodo).
In queste prime fasi dello sviluppo embrionale "si perde una grande percentuale di gravidanze, eppure è uno stadio di cui sappiamo molto poco", conclude Zernicka-Goetz. "Ora abbiamo un modo per simulare lo sviluppo embrionale su un disco di coltura, quindi dovrebbe essere possibile capire esattamente cosa sta succedendo durante questo straordinario periodo nella vita di un embrione, e perché a volte questo processo fallisce".
Il gruppo di scienziati, guidato da Magdalena Zernicka-Goetz all'università di Cambridge (Gb), aveva già creato una struttura molto più semplice simile a un embrione di topo in coltura, utilizzando due tipi di cellule staminali e un'impalcatura 3D su cui possono crescere. Nel nuovo studio - pubblicato oggi su 'Nature Cell Biology' - il team ha sviluppato una ulteriore tipologia di struttura utilizzando non solo due, ma tre tipi di cellule staminali e consentendo di ricostruire il processo della gastrulazione.
Quando un ovocita di mammifero viene fecondato da uno spermatozoo, si divide più volte per generale una piccola 'palla fluttuante' che comprende tre tipi di staminali. Nello stadio di sviluppo noto come blastocisti, le staminali embrionali (Esc) che alla fine formeranno il futuro corpo si raggruppano all'interno dell'embrione verso un'estremità. Gli altri due tipi di cellule 'bambine' nella blastocisti sono staminali trofoblastiche extra-embrionali (Tsc) che formeranno la placenta e staminali endodermiche primitive (Pesc) che formeranno il sacco vitellino, assicurando che gli organi del feto si sviluppino correttamente e fornendo nutrienti essenziali.
Quando nel marzo 2017, Zernicka-Goetz e colleghi pubblicarono lo studio in cui descrivevano come - combinando staminali embrionali e trofoblastiche di topo geneticamente modificato con uno scaffold 3D gelatinoso come matrice extracellulare - erano riusciti a far crescere una struttura capace di assemblare se stessa, simile per sviluppo e architettura all'embrione naturale, mancava il passaggio chiave della gastrulazione, descritta dal biologo Lewis Wolpert come "il momento più importante della vita". C'era però già un notevole grado di comunicazione tra i due tipi di staminali: le cellule, in un certo senso, si dicevano l'un l'altra dove collocarsi.
La gastrulazione è il punto in cui l'embrione si trasforma da struttura a singolo strato a una fatta di tre strati (foglietti): uno strato interno (endoderma), uno strato intermedio (mesoderma) e uno strato esterno (ectoderma), determinando in quali tessuti o organi le cellule si svilupperanno.
"Una corretta gastrulazione nel normale sviluppo è possibile solo se si hanno tutti e tre i tipi di cellule staminali. Per ricostruire questa danza complessa, abbiamo dovuto aggiungere la terza cellula mancante", chiarisce Zernicka-Goetz. "Sostituendo la gelatina che usavamo nei precedenti esperimenti con questo terzo tipo di staminali, siamo stati in grado di generare strutture il cui sviluppo è stato sorprendentemente efficace".
L''embrione' così creato è stato osservato mentre si organizzava nei tre strati corporei di cui dispongono tutti gli animali. E anche la tempistica, l'architettura e i modelli dell'attività genica riflettono quelli dello sviluppo dell'embrione naturale, precisano gli esperti. "I nostri embrioni artificiali hanno vissuto l'evento più importante della vita in una piastra di coltura", commenta Zernicka-Goetz. "Sono estremamente vicini ai veri embrioni, e per svilupparsi ulteriormente dovrebbero essere impiantati nel corpo della madre o in una placenta artificiale".
Ora, aggiunge la scienziata, "possiamo anche provare ad applicare"la tecnica "ai tipi di staminali umane equivalenti e studiare i primissimi eventi nello sviluppo degli embrioni umani senza dover usare embrioni umani naturali". Con questo filone di studi i ricercatori potrebbero conoscere molti degli aspetti fondamentali delle prime fasi di sviluppo dei mammiferi. Questi confronti dovrebbero consentire di studiare eventi che si verificano oltre il 14esimo giorno di gravidanza umana (la legge del Regno Unito consente di studiare gli embrioni in laboratorio solo fino a questo periodo).
In queste prime fasi dello sviluppo embrionale "si perde una grande percentuale di gravidanze, eppure è uno stadio di cui sappiamo molto poco", conclude Zernicka-Goetz. "Ora abbiamo un modo per simulare lo sviluppo embrionale su un disco di coltura, quindi dovrebbe essere possibile capire esattamente cosa sta succedendo durante questo straordinario periodo nella vita di un embrione, e perché a volte questo processo fallisce".
Ultimo aggiornamento: 23 Luglio 2018
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