Oamenii de știință au descoperit cum să încetinească dezvoltarea embrionară umană, cu posibile implicații pentru tehnologiile reproductive

O cercetare recentă a descoperit că embrionii umani au o capacitate de inactivitate, similară cu cea observată la multe alte mamifere, deschizând noi posibilități pentru medicina reproductivă și cercetarea celulelor stem.

Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Genetică Moleculară din Berlin (MPIMG) și de la Institutul de Biotehnologie Moleculară (IMBA) al Academiei Austriece de Științe din Viena au descoperit un potențial „buton de pauză” în primele etape ale dezvoltării umane.

Se dezbate de multă vreme dacă momentul dezvoltării embrionare umane poate fi controlat. Acum, un noul studiu sugerează că acest „buton de pauză” poate fi activat nu doar în celulele animale ci și în cele umane, cu implicații semnificative pentru înțelegerea vieții umane timpurii și îmbunătățirea tehnologiilor de reproducere.

La unele mamifere, momentul dezvoltării embrionare, care în mod normal este continuă, poate fi modificat pentru a crește șansele de supraviețuire atât pentru embrion, cât și pentru mamă.

Acest mecanism de încetinire temporară a dezvoltării, numit diapauză embrionară, are loc adesea în stadiul de blastocist, chiar înainte de implantarea embrionului în uter.

În timpul diapauzei, embrionul aflat într-un stadiu oarecare al ciclului vital, rămâne într-o perioadă de sistare sau reducere sezonieră a proceselor de creștere, indusă de factori nefavorabili de mediu, pentru a trece peste condițiile neprielnice de viață, sarcina putând fi astfel prelungită.

Această stare latentă poate fi menținută timp de săptămâni sau luni înainte de reluarea procesului normal de dezvoltare, atunci când condițiile sunt favorabile. Deși nu toate mamiferele utilizează această strategie de reproducere, capacitatea de a întrerupe dezvoltarea poate fi declanșată experimental. Întrebarea dacă celulele umane pot răspunde la declanșarea pauzei a rămas deschisă.

Acum, un studiu realizat de laboratoarele Institutului Max Planck de Genetică Moleculară din Berlin și Institutului de Biotehnologie Moleculară al Academiei Austriece de Științe din Viena, au identificat că mecanismele moleculare care controlează diapauza embrionară par să poată fi aplicate și celulelor umane.

Rezultatele acestei cercetări au fost publicate pe 26 septembrie în revista Cell.

Modele derivate din celule stem pentru a studia diapauza embrionară la om

În cercetările lor, oamenii de știință nu au efectuat experimente pe embrioni umani ci au utilizat în schimb celule stem umane și modele de blastocite bazate pe celule stem numite blastoizi, care reprezintă o alternativă științifică și etică la utilizarea embrionilor pentru cercetare.

Cercetătorii au descoperit că modularea unei cascade moleculare specifice, calea de semnalizare mTOR, în aceste modele de celule stem induce o stare latentă remarcabil de asemănătoare cu diapauza.

„Calea mTOR este un reglator major al creșterii și progresiei dezvoltării în embrionii de șoarece”, explică într-un comunicat Aydan Bulut-Karslioglu de la MPIMG.

Atunci când au tratat celulele stem umane și blastoizii cu un inhibitor mTOR, cercetătorii au observat o întârziere a dezvoltării, „ceea ce înseamnă că celulele umane pot desfășura mecanismul molecular pentru a provoca un răspuns asemănător diapazei”, spune cercetătorul.

Această stare latentă este caracterizată printr-o diviziune celulară redusă, o dezvoltare mai lentă și o capacitate redusă a de atașare a ovulului (blastocistului) la mucoasa uterină.

Capacitatea de a intra în acest stadiu latent pare să fie limitată la o scurtă perioadă de dezvoltare.

„Calendarul de dezvoltare al blastoizilor poate fi extins în perioada stadiului de blastocist, care este exact stadiul în care diapauza funcționează la majoritatea mamiferelor”, spune primul autor Dhanur P. Iyer.

Această latență, spune el, este reversibilă, iar blastoizii își reiau dezvoltarea normală atunci când calea mTOR este reactivată.

Capacitatea de a modifica momentul dezvoltării embrionare are implicații pentru fertilizarea in vitro (FIV)

Autorii au concluzionat că oamenii, ca și alte mamifere, ar putea deține un mecanism de încetinire temporară a dezvoltării embrionare, chiar dacă acest mecanism nu poate fi utilizat în timpul sarcinii.

„Acest potențial poate fi un vestigiu al procesului evolutiv pe care nu îl mai folosim”, este de părere Nicolas Rivron care conduce laboratorul IMBA.

Deși am pierdut capacitatea de a intra în mod natural în stare de latență, aceste experimente sugerează că am păstrat totuși această capacitate interioară și că am putea să o folosim în cele din urmă.

În ceea ce privește cercetările, se pune întrebarea dacă celulele umane și ale altor mamifere intră în stare latentă prin căi similare sau alternative și o folosesc în aceleași scopuri, de exemplu fie pentru a-și întrerupe, fie pentru a-și programa dezvoltarea și implantarea.

Descoperirile echipei ar putea avea implicații pentru medicina reproductivă.

„Pe de o parte, se știe că o dezvoltare mai rapidă crește rata de succes a FIV, iar creșterea activității mTOR ar putea realiza acest lucru”, explică Nicolas Rivron.

„Pe de altă parte, declanșarea unei stări latente în timpul unei proceduri de FIV ar putea oferi o fereastră de timp mai mare pentru a evalua sănătatea embrionului și pentru a-l sincroniza cu mama pentru o mai bună implantare în interiorul uterului”.

În general, noile constatări oferă perspective noi asupra proceselor care guvernează cea mai timpurie dezvoltare umană, care ar putea deschide noi căi pentru îmbunătățirea sănătății reproductive.

Cercetarea are, de asemenea, implicații dincolo de medicina reproductivă. Capacitatea de a induce o stare latentă în celulele stem ar putea conduce la noi metode de conservare și transport al acestor resurse biologice valoroase.

În plus, înțelegerea mecanismelor de inactivitate celulară ar putea contribui la cercetarea în domeniul cancerului, în care unele celule tumorale intră într-o stare de inactivitate similară pentru a se sustrage tratamentului.

Deși studiul reprezintă un progres semnificativ în înțelegerea dezvoltării embrionare umane, cercetătorii subliniază că mai sunt multe de făcut înainte ca aceste descoperiri să poată fi transpuse în aplicații clinice. Considerațiile etice și problemele de siguranță trebuie abordate cu atenție înainte ca orice tehnici care implică manipularea embrionilor umani să poată fi aplicate în tratamentele de fertilitate.

Cu toate acestea, recenta descoperire deschide noi căi interesante pentru cercetare și potențiale terapii. Prin dezvăluirea secretelor latenței embrionare, oamenii de știință au făcut un pas cheie spre dezlegarea misterelor dezvoltării umane și ar putea să fi găsit un nou instrument puternic în încercarea de a-i ajuta pe cei care se luptă cu infertilitatea.

Un blastoid uman „adormit”. Credit Heidar Heidari Khoei, IMBA, septembrie 2024

Rezumatul cercetării

Oamenii de știință au utilizat o combinație de tehnici pentru a studia latența embrionară.

Ei au creat „blastoizi”, care sunt structuri cultivate în laborator care imită embrionii în stadiu incipient, folosind celule stem pluripotente umane.

Aceste blastoizi au fost apoi tratați cu substanțe chimice care inhibă calea mTOR, un reglator cheie al creșterii și metabolismului celular.

Echipa a observat comportamentul în timp al blastoizilor tratați, măsurând elemente precum rata de diviziune celulară și activitatea metabolică.

De asemenea, au efectuat experimente similare pe embrioni de șoarece reali pentru comparație. În plus, au utilizat tehnici avansate, cum ar fi secvențierea ARN pe o singură celulă, pentru a analiza modelele de expresie genică în celulele individuale ale blastoizilor adormiți și activi.

Rezultate cheie

Studiul a constatat că inhibarea activității mTOR în blastoizii umani a indus o stare de latență care poate dura până la 8 zile. În acest timp, diviziunea celulară a încetinit semnificativ, dar structura de bază a blastoidului a rămas intactă.

Atunci când inhibitorii mTOR au fost eliminați, blastoizii și-au reluat dezvoltarea normală. În mod important, blastoizii adormiți și-au menținut capacitatea de a forma toate tipurile de celule necesare pentru dezvoltarea embrionară timpurie, chiar și după starea de pauză de dezvoltare.

Cercetătorii au observat, de asemenea, similitudini în modelele de expresie genică între blastoizii umani adormiți și embrionii de șoarece în diapauză, sugerând un mecanism conservat la nivelul tuturor speciilor.

Limitările studiului

În primul rând, studiul a utilizat blastoizi în locul embrionilor umani reali, fapt ce ar putea să nu reproducă perfect toate aspectele dezvoltării embrionare.

În al doilea rând, inactivitatea indusă a putut fi menținută doar timp de 8 zile, ceea ce este un interval mai scurt decât perioada de diapauză observată la unele animale.

În plus, deși blastoizii și-au putut relua dezvoltarea după starea de latență, potențialul lor de dezvoltare pe termen lung nu a fost pe deplin evaluat.

În cele din urmă, siguranța și implicațiile etice ale manipulării dezvoltării embrionilor umani în acest mod trebuie analizate cu atenție înainte de dezvoltarea unor aplicații clinice.

Concluzii

Acest studiu oferă dovezi convingătoare că celulele umane posedă mecanismul molecular pentru a intra într-o stare asemănătoare diapazei, chiar dacă această capacitate nu este utilizată în mod natural în reproducerea umană.

Această descoperire are implicații semnificative atât pentru științele fundamentale, cât și pentru aplicațiile clinice, oferind noi perspective asupra biologiei fundamentale a dezvoltării umane timpurii și a conservării evolutive a proceselor de dezvoltare la mamifere.

Din punct de vedere clinic, capacitatea de a induce starea de latență temporară a embrionilor umani ar putea duce la îmbunătățirea tehnicilor de fertilizare in vitro, permițând o sincronizare mai flexibilă a implantării embrionilor și o creștere potențială a ratelor de succes. În plus, această cercetare deschide noi posibilități de conservare și manipulare a celulelor stem, care ar putea avea efecte de mare amploare în domenii precum medicina regenerativă și descoperirea de medicamente.

Finanțare

Studiul a fost susținut de diverse surse de finanțare, inclusiv Serviciul german de colaborare academică, Fundația Națională Elvețiană pentru Știință, Wellcome Trust, Consiliul European pentru Cercetare, Fondul austriac pentru știință, Societatea Max Planck și Fundația Humboldt.

Articolul Oamenii de știință au descoperit cum să încetinească dezvoltarea embrionară umană, cu posibile implicații pentru tehnologiile reproductive apare prima dată în 360medical.ro.