Las células madre ofrecen una nueva visión de cómo emerge la placenta

La capa exterior de células (anillo fino arriba) en un embrión humano de varios días de edad pasa a formar la placenta. Andy walker/servicios de fertilidad de Midland/fuente de la ciencia

Las células madre ofrecen una nueva visión de cómo emerge la placenta y cómo el órgano que sostiene al feto puede fallar

POR KELLY SERVICK

Fuente: Science / 30/09/2020

Fotografía: ANDY WALKER/SERVICIOS DE FERTILIDAD DE MIDLAND/FUENTE DE LA CIENCIA

La placenta, un trozo de tejido del tamaño de un frisbee que acompaña al feto en el útero para luego ser arrojado a un lado en la sala de partos, tiene comienzos misteriosos. El órgano emerge de las células que se desarrollan junto al embrión, y que han sido difíciles de cultivar en el laboratorio. Ahora, los investigadores han ideado una forma de derivar y observar los primeros precursores de las células de la placenta en un plato de ensayo. Han encontrado un método de "reprogramar" las células adultas, devolviéndolas a un estado primitivo, que puede hacer que se conviertan en células madre trofoblásticas (TSC), que dan lugar a las células de la placenta.

El método promete una ventana sobre cómo los defectos en el desarrollo de la placenta pueden conducir a la infertilidad, al aborto y a la preeclampsia, una complicación peligrosa del embarazo. "Es como ganar un punto de apoyo en Marte", dice la bióloga reproductiva Susan Fisher de la Universidad de California, San Francisco. "No sabemos casi nada sobre los primeros pasos".

Esos pasos comienzan sólo días después de que un espermatozoide y un óvulo se unen. "La primera decisión en la vida humana es dejar de lado la placenta, las células de apoyo", dice Kathy Niakan, una bióloga del desarrollo en el Instituto Francis Crick, cuyo equipo reportó señales moleculares clave para ese paso inicial en Nature la semana pasada. Estas células pasan a formar el trofoblasto, un anillo de varias capas que rodea al embrión y le ayuda a implantarse en la pared del útero. Algunas de estas células, las CTP, dan lugar a tipos de células que formarán la mayor parte de la placenta, lo que permite a la madre y al feto intercambiar nutrientes y gases y ayuda a proteger al feto del sistema inmunológico de la madre.

Los científicos han obtenido células similares a las células TSC de embriones no utilizados creados para la fertilización in vitro (FIV) o de las placentas de embarazos terminados, pero ambos son recursos limitados. Y en un plato, estas células han tendido a madurar y dejar de dividirse. Lo mismo ha sucedido con las células similares a las CTP creadas a partir de células madre embrionarias (ES) cultivadas y de células madre pluripotentes inducidas (iPS) -células maduras reprogramadas a un estado similar a las ES.

Pero en 2017, el biólogo de células madre de la Universidad de Tohoku, Takahiro Arima y sus colegas, describieron un caldo de nutrientes y otros compuestos que podrían hacer que las CTP de embriones de FIV o placentas del primer trimestre prosperaran en un plato. "Una enorme cantidad de trabajo que nunca antes había sido posible se hizo posible", dice William Pastor, biólogo de células madre de la Universidad McGill. Este año, el grupo de Pastor y otros dos mostraron que este medio de cultivo también podría convencer a ciertos tipos de células ES para que se conviertan en CTP auto-renovables.

Sin embargo, para hacer CTP que coincidan genéticamente con un paciente, los investigadores quieren ser capaces de comenzar a partir de células de piel o de sangre maduras. En los dos nuevos estudios, los equipos dirigidos por los biólogos de células madre, Jose Polo de la Universidad de Monash y Laurent David de la Universidad de Nantes, encontraron formas de convertir las células de la piel adulta en CTP "inducidas". Ambos equipos habían estado estudiando cómo cambia la expresión de los genes a medida que las células maduras se reprograman en células iPS. Se dieron cuenta de que, en el camino, algunos expresaban firmas genéticas de las llamadas células trofoctodérmicas, que dan lugar al trofoblasto.

"Eso fue muy extraño", dice Polo, porque la decisión de una célula de convertirse en trofectórdromo ocurre tan temprano en el desarrollo - no en cualquier lugar a lo largo del camino esperado de regreso de la célula de la piel a la célula iPS. Pero al cultivar las células en el nuevo medio disponible, los investigadores se las arreglaron para empujarlas a convertirse en TSC.

En un artículo del 16 de septiembre en Nature, el equipo de Polo informó que estas células inducidas podrían convertirse en dos tipos principales de células trofoblásticas y, al igual que las células que rodean a un embrión, segregan gonadotropina coriónica humana, una hormona cuyas señales son clave para mantener un embarazo. David, uno de los coautores de ese trabajo, utilizó por separado los datos de expresión génica de los embriones humanos para estimar que, las CMT derivadas de su propio grupo, en el laboratorio son equivalentes a las que se observan de 8 a 10 días después de la fertilización, informó el equipo el 15 de septiembre en una preimpresión de bioRxiv.

Será importante comparar a fondo estas CMT inducidas con las CMT derivadas de la placenta y de las células ES, dice el biólogo de células madre de la Universidad de Washington en San Luis, Thorold Theunissen, cuyo equipo recientemente derivó las CMT de las células ES. Ese análisis debe incluir la comparación de las marcas químicas en el ADN que influyen en la función de la célula y el dimensionamiento de la eficiencia con la que las células se diferencian en diferentes tipos de células trofoblásticas especializadas.

Las CTP inducidas ahora podrían ser usadas para estudiar defectos genéticos que pueden terminar un embarazo, dice Soumen Paul, un biólogo de células madre en el Centro Médico de la Universidad de Kansas. Al fabricar CTP a partir de células de mujeres con infertilidad y verlas desarrollarse en el laboratorio, los investigadores podrían determinar cómo las células trofoblásticas anormales impiden que el embrión se implante en el útero o se desarrolle normalmente una vez implantado.

O las CET podrían ayudar a erradicar las causas de la preeclampsia, en la que una mujer embarazada desarrolla repentinamente una presión sanguínea alta que a veces sólo puede aliviarse induciendo un parto prematuro. Se cree que la preeclampsia proviene de un defecto de la placenta, tal vez por la forma en que invade la pared uterina e interactúa con los vasos sanguíneos de la madre, dice Pastor. Los investigadores ahora deberían ser capaces de hacer CET de la sangre del cordón umbilical o de las células de la sangre o la piel del bebé para observar cómo las células precursoras de la placenta emergen e interactúan con las células uterinas.

Los nuevos TSC también podrían añadir realismo a los modelos sintéticos de embriones, estructuras derivadas de células madre que imitan el desarrollo humano temprano en un plato de laboratorio. Hasta ahora, no han incluido células de trofoblasto u otras células "extra embrionarias", dice Jianping Fu, un bioingeniero que desarrolla tales modelos en la Universidad de Michigan, Ann Arbor. Pero las señales de estas células son críticas para el crecimiento normal del embrión, dice. Agregarlas llevaría a los modelos "al siguiente nivel".

Mejores aproximaciones de los embriones reales plantearán preocupaciones éticas. Los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. no han publicado directrices formales, pero Fu dice que la agencia lo desalentó de incluir tejido trofoblástico en una reciente solicitud de subvención. Pero él cree que tales experimentos deben continuar. "Cuando se mezclan las células, permitiéndoles auto-organizarse... harán cosas sorprendentes".

Kelly Servick

Kelly es una escritora del personal de Science. Estudió ciencias cognitivas y literatura comparativa en la Universidad de Georgia antes de emprender la búsqueda de la vaga descripción del trabajo "aprender y explicar las cosas". Dirigió excursiones educativas con Americorps y trabajó con niños como entrenadora de habilidades cognitivas antes de que el programa de posgrado de la Universidad de California, Santa Cruz, la introdujera en la escritura científica. Ahora se centra en historias sobre investigación y política biomédica. Su trabajo ha aparecido en la radio KUSP, Wired.com, Scientific American y otros medios.

https://www.sciencemag.org/news/2020/09/stem-cells-offer-new-glimpse-how-placenta-emerges-and-how-fetus-sustaining-organ-can?utm_source=Spectrum+Newsletters&utm_campaign=76fb5c5ae7-EMAIL_CAMPAIGN_2020_10_06_03_29&utm_medium=email&utm_term=0_529db1161f-76fb5c5ae7-168813249