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Avances en la carrera para crear modelos de laboratorio de embriones humanos suscitan esperanzas y preocupaciones
(CNN) -- Sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia: ¿cómo se divide y reproduce una célula humana, demasiado pequeña para verla a simple vista, hasta convertirse en un cuerpo humano formado por más de 30 billones de células?
Desde el momento en que el espermatozoide se fusiona con el óvulo, el desarrollo del embrión humano implica una serie de procesos complejos y poco conocidos. Gran parte de lo que se sabe sobre el desarrollo embrionario procede de animales como ratones, conejos, pollos y ranas, y la investigación con embriones humanos está muy controlada y regulada en la mayoría de los países.
Pero los estudios con animales no aportan todo lo necesario a los investigadores. Lo que ocurre durante el desarrollo del embrión humano, sobre todo en el crucial primer mes, sigue siendo una incógnita.
"El drama está en el primer mes. Los ocho meses restantes del embarazo son principalmente de crecimiento. Pero ese primer mes sigue siendo en gran medida una caja negra", explica Jacob Hanna, profesor de Biología de Células Madre y Embriología del Instituto Weizmann de Ciencias de Israel.
Poder asomarse a esa caja negra abriría un mundo de posibilidades biomédicas, permitiendo a los científicos desmitificar una ventana hasta ahora oscura del desarrollo embrionario, lo que en última instancia conduciría a una mejor comprensión de los abortos espontáneos, los defectos congénitos y los efectos secundarios de los medicamentos tomados durante el embarazo. Y algunos investigadores creen haber encontrado una forma de hacerlo sin necesidad de óvulos ni espermatozoides.
Aprovechando los avances en células madre, laboratorios de todo el mundo están creando estructuras similares a embriones, un grupo de células que actúa como un embrión pero no puede convertirse en feto.
Los avances recientes en este campo, que culminan años de minucioso trabajo de laboratorio, han generado esperanza y cierta alarma, planteando cuestiones urgentes sobre la situación ética de estos modelos, hasta qué punto deben tratarse como embriones humanos y si se prestan a un uso indebido.
¿Qué lograron exactamente los científicos?
Las estructuras embrionarias son básicamente grupos de células cultivadas en un laboratorio, más pequeñas que un grano de arroz y que representan las fases más tempranas del desarrollo humano, antes de que se forme ningún órgano. No tienen corazón ni cerebro.
Los modelos más avanzados, revelados en septiembre por un equipo israelí del que formaba parte Hanna, muestran todos los tipos celulares esenciales para el desarrollo de un embrión: la placenta, el saco vitelino, el saco coriónico (membrana externa) y otros tejidos que un embrión necesita para desarrollarse.
Se dejó que las estructuras se desarrollaran durante ocho días, alcanzando una fase de desarrollo equivalente al día 14 de un embrión humano en el útero, un momento importante en el que los embriones naturales adquieren las estructuras internas que les permiten pasar a la siguiente fase: desarrollar las células progenitoras de los órganos corporales.
Hanna dijo que eran los modelos más precisos desarrollados hasta la fecha y que, a diferencia de los creados por otros equipos, no se había hecho ninguna modificación genética para activar los genes necesarios para generar los distintos tipos de células, sino solo empujones químicos.
"No se trata solo de juntar las células y ya está. Sino que ves la arquitectura, empiezas a ver también detalles muy finos", dijo Hanna.
Jacob Hanna, profesor de Biología de Células Madre y Embriología, en su laboratorio del Instituto Weizmann de Israel. Crédito: Cortesía de Jacob Hanna/Instituto Weizmann
¿Cómo se cultiva un embrión en un laboratorio?
El equipo de Hanna no utilizó óvulos fecundados. Empezaron con células humanas conocidas como células madre pluripotentes, que tienen el potencial de programarse en muchos tipos celulares y se utilizan ampliamente en la investigación biomédica. Algunas de ellas procedían de células de piel humana adulta.
A continuación, el equipo reprogramó estas células en lo que denominan "estado ingenuo", que corresponde al séptimo día de desarrollo de un embrión humano natural, más o menos cuando se implanta en el útero. Estas células "ingenuas" se dividieron en tres grupos.
Un grupo, destinado a convertirse en embrión, se dejó intacto. A los otros dos grupos se les dio un "empujoncito" con determinadas sustancias químicas que activan genes específicos para que se conviertan en los tejidos necesarios para mantener al embrión, como la placenta. Al cabo de dos días, se juntan los tres grupos, explica Hanna.
"En los tres primeros días no se ve gran cosa, solo un grupo de células en crecimiento. Pero en el cuarto día, se empieza a ver que esto tiene una estructura, ya sabes, puedes ver dónde se va a formar el embrión y ver dónde va a estar el saco vitelino", explica.
En la fase equivalente al séptimo día, los modelos sintéticos de embrión humano eran agregados de unas 120 células que medían juntas unos 0,01 milímetros de diámetro. En el día 14, contenían unas 2.500 células y medían 0,5 milímetros.
Hanna y su equipo afirman que los modelos emulan fielmente el modo en que un embrión temprano adquiere todas las estructuras que necesita para iniciar su transformación en feto. La organización interna coincidía con las imágenes de los atlas de embriología elaborados en la década de 1960 y, cuando aplicaron las secreciones de las células a una prueba de embarazo comercial, dio positivo.
Sin embargo, solo el 1% de las células agregadas pasó a autoorganizarse en una estructura similar a la embrionaria.
Se necesitaría un porcentaje mucho mayor para que los modelos embrionarios se convirtieran en una herramienta útil para los científicos, algo que es posible, según Hanna, pero que probablemente tardaría años en perfeccionarse.
"Creo que podremos aprender muchísimo de estos modelos embrionarios basados en células madre. De momento tienen algunos inconvenientes. Su fabricación es muy ineficiente, así que está claro que hay que aumentar la eficiencia para maximizar realmente lo que podemos aprender de estos modelos", dijo Peter Rugg-Gunn en una rueda de prensa esta semana. Rugg-Gunn es jefe de grupo y responsable de participación pública del Instituto Babraham, dedicado a la investigación en ciencias de la vida.
¿Cuáles son las limitaciones?
Hasta la fecha, ninguno de los modelos embrionarios se ha cultivado más allá del equivalente a 14 días, en gran parte debido a las limitaciones y dificultades que plantea el cultivo de estas estructuras.
Sin embargo, 14 días es un hito importante porque es cuando finaliza de forma rutinaria la investigación de laboratorio permitida en embriones humanos cultivados. El límite lo estableció la Ley de Fecundación y Embriología del Reino Unido en 1990 a raíz de la preocupación pública por los bebés probeta antes de que la fecundación in vitro fuera ampliamente aceptada, así como por la inquietud de que los científicos ignoraran el estatus moral especial de los embriones humanos. La norma de los 14 días fue adoptada posteriormente por otros países, convirtiéndose con el tiempo en un límite ético reconocido internacionalmente.
Este límite, que algunos científicos quieren ampliar, no se aplica a los modelos embrionarios basados en células madre, que según la Sociedad Internacional para la Investigación con Células Madre no deben considerarse embriones. Sin embargo, la organización recomendó que la investigación con estos modelos esté sujeta a una supervisión ética.
Es posible que en el futuro estos modelos puedan utilizarse para estudiar el desarrollo humano más allá de los 14 días. Hanna y otros grupos han cultivado modelos de embriones de ratón hasta un punto equivalente posterior. Dijo que, en el futuro, podría ser posible llegar hasta los 40 días con modelos de embriones humanos.
Sin embargo, los temores distópicos de que los científicos que estudian los modelos están tratando de crear una forma alternativa de producir vida humana son material de ciencia ficción, dijo Hanna.
"La gente piensa inmediatamente que estamos intentando sustituir el embarazo o la gestación con este modelo de embrión, pero en realidad no es así. No solo no es el objetivo, sino que además no creo que vaya a ser posible nunca", afirmó.
En el estado actual de la investigación, los modelos embrionarios siguen siendo rudimentarios, con claras diferencias científicas respecto a un embrión humano y sin potencial para formar un feto.
Además, la Sociedad Internacional de Investigación con Células Madre prohíbe en sus directrices la transferencia de cualquier modelo de embrión al útero de un humano o un animal.
"Quiero subrayar que estos modelos no son embriones y que todas las jurisdicciones y sociedades que han estudiado este asunto han declarado que debería ser ilegal intentar implantar cualquier embrión basado en células madre en el útero de una mujer o de un ser humano en el útero de un animal. Debería estar prohibido", declaró Robin Lovell-Badge, catedrático y director del Laboratorio de Biología de Células Madre y Genética del Desarrollo del Instituto Francis Crick de Londres, que colaboró en la redacción de las directrices.
Un modelo de embrión humano basado en células madre, producido por Hanna y sus colegas, en la fase de desarrollo equivalente al sexto día de un embrión humano natural. Crédito: Cortesía de Jacob Hanna/Instituto Weizmann
¿Una alternativa ética?
Muchos científicos sostienen que los modelos de embriones humanos, sobre todo si pueden producirse en grandes cantidades, ofrecen una alternativa ética a la investigación con los escasos y valiosos embriones humanos que suelen obtenerse como subproducto de la fecundación in vitro.
"Gracias a su base de células madre podemos ampliarlo todo. Podemos hacer experimentos con ellas que no podemos hacer con embriones (humanos) preciosos y raros. Esto cambia los tipos de experimentos que podemos hacer y las preguntas que podemos responder", explica Naomi Moris, jefa de grupo del Laboratorio de Modelos de Desarrollo del Instituto Francis Crick de Londres.
Una posible aplicación podría ser la investigación y detección de fármacos. A menudo se excluye a las embarazadas de los ensayos clínicos por motivos de seguridad para la madre y el feto.
En su laboratorio, Moris ha realizado experimentos con modelos embrionarios para ver cómo responden a medicamentos como la talidomida, un fármaco que en su día se comercializó como tratamiento para las náuseas matutinas y que ya se sabe que provoca defectos congénitos.
El objetivo era averiguar "si son susceptibles a estos fármacos que sabemos que van a ser tóxicos para el embrión temprano y, a continuación, si podemos utilizar (el modelo embrionario) para examinar fármacos que en realidad desconocemos", afirmó.
Moris se mostró de acuerdo en que los modelos no deberían clasificarse como embriones, dado su origen en células madre y que aún carecen de ciertas características.
"No podemos hacer el experimento de oro, que sería ponerlo en el útero y ver si puede seguir creciendo, y sin poder hacer ese experimento, con razón, ¿cómo podemos decidir como investigadores si cruzamos ese límite y nos hemos pasado a lo que llamaríamos un embrión? Creo que es una gran pregunta. Y no es fácil de responder", afirma Moris.
Algunos expertos prevén un "punto de inflexión" en el que los modelos de embriones humanos podrían gozar de una protección similar a la de los embriones humanos, a medida que los avances científicos reduzcan las diferencias entre los modelos de embriones y sus homólogos reales.
También es posible que los futuros modelos basados en células madre reproduzcan el desarrollo de hitos como la aparición de los primitivos pliegues neurales, las yemas de los brazos y las primeras regiones similares al corazón, que pueden tener el potencial de convertirse en tejido cardíaco latiente, sangre circulante y neuronas, según un artículo sobre la necesidad de una política y una gobernanza nacionales en materia de embriones humanos publicado en agosto en la revista académica Genetics & Development.
"Con nuevos avances, cada vez será más difícil tener la certeza de que los modelos no puedan alcanzar el punto de percepción del dolor, conciencia o viabilidad. Así pues, el público pronto se preguntará, con razón, si...(los modelos embrionarios) están debidamente regulados. ¿Los utilizan los científicos de forma éticamente responsable, socialmente aceptable y con la debida rendición de cuentas?", señalan los autores del trabajo.
Modelos embrionarios: trazar líneas rojas
Hanna cree que será posible diseñar y modificar genéticamente estructuras de embriones humanos para que tengan un desarrollo limitado (incapaces de producir células cerebrales o tejido cardíaco), lo que permitirá a los científicos sortear algunas de las cuestiones éticas.
Los investigadores coinciden en que este campo emergente necesita una mejor regulación a medida que avanza la investigación, que aborde lo que debe permitirse y lo que no.
"Es evidente que la legislación va muy por detrás de la ciencia y la tecnología. Creo que, como investigadores, tenemos mucho interés en estar a la vanguardia para que se establezca una normativa. Como a los científicos nos gusta trabajar dentro de unos límites, nos sentimos mucho más cómodos si sabemos que estamos en el lado correcto de la percepción pública del sector. Estaríamos mucho más contentos si tuviéramos un conjunto claro de directrices y reglamentos bajo los que todos deberíamos trabajar", añadió.
En el Reino Unido, el proyecto Gobernanza de los modelos embrionarios basados en células madre, en el que participa Moris, ha reunido a investigadores académicos, juristas, especialistas en bioética y financiadores de la investigación con el fin de preparar una serie de directrices para trabajar con esta tecnología. "El grupo espera publicar un proyecto el nuevo año", dijo Moris.
Bobbie Farsides, catedrática de Ética Clínica y Biomédica de la Facultad de Medicina de Brighton y Sussex, que también forma parte de ese grupo, afirmó que lo que más le llama la atención es que los propios científicos estén profundamente comprometidos con las cuestiones éticas.
"Cuando trabajé por primera vez en este tipo de espacios, parecía que la sociedad o el público estaban preocupados y que los abogados y los reguladores trataban de poner orden a los científicos. Lo que tenemos ahora son los propios científicos diciendo: ¿cómo vamos a tranquilizar al público? ¿Cómo vamos a autorregularnos? ¿Dónde vamos a trazar las líneas rojas? Y creo que eso es un gran cambio", dijo Farsides.
