nuovi modelli fanno luce sulle misteriose prime fasi dello sviluppo umano | Wired Italia

Far luce sui primissimi stadi di sviluppo di un embrione, per riuscire finalmente a capire l’origine di alcune malattie congenite e il perché e come alcune gravidanze falliscono. È questo l’obiettivo dei ricercatori dell’Università di Cambridge che nei loro laboratori hanno messo a punto un modello di embrione prodotto interamente da cellule staminali umane. Questo modello di embrione, presentato in uno studio appena pubblicato sulla rivista Nature, è una struttura tridimensionale organizzata derivata da cellule staminali pluripotenti, che replicano alcuni processi che si verificano nelle prime fasi di sviluppo degli embrioni umani.

Le possibili applicazioni

L’uso di questo nuovo modello, come vi abbiamo già raccontato qualche giorno fa grazie a un’esclusiva del Guardian, permetterà alla comunità scientifica di acquisire conoscenze di base sulle origini dello sviluppo di organi e di cellule specializzate, come lo sperma e le cellule uovo, e facilitare la comprensione sull’aborto e alcune malattie. “Il nostro modello simile all’embrione umano, creato interamente da cellule staminali umane, ci dà accesso alla struttura in via di sviluppo in una fase che normalmente rimane nascosta a causa dell’impianto del minuscolo embrione nel grembo materno”, ha spiegato l’autrice Magdalena Zernicka- Goetz. “Ci consentirà di manipolare i geni per comprendere i loro ruoli nello sviluppo e ci permetterà di testare la funzione di fattori specifici, cosa difficile da fare nell’embrione naturale”.

Ricordiamo che la seconda e terza settimana dopo il concepimento rappresentano un momento critico in cui l’embrione si impianta nell’utero e va incontro alla gastrulazione, processo in cui inizia la trasformazione delle cellule embrionali in cellule specializzate. Ciò avvia un’esplosione di diversità cellulare in cui le cellule embrionali in seguito diventano i precursori del futuro sangue, tessuto, muscolo e altri tipi di cellule. Tuttavia questo delicato momento, una sorta di “scatola nera” dello sviluppo umano, si è potuto osservare solo in modelli animali, utilizzando ad esempio cellule di zebrafish e di topi. Nel 2021 e nel 2022 lo stesso team di ricerca aveva annunciato di essere riuscito a creare embrioni modello da cellule staminali di topo, capaci di svilupparsi per formare una struttura simile a un cervello, un cuore pulsante e le basi di tutti gli altri organi del corpo. I nuovi modelli derivati dalle cellule staminali umane, chiariscono i ricercatori, non hanno un cervello o un cuore pulsante, ma includono cellule che vanno a formare l’embrione, la placenta e il sacco vitellino, e si svilupperanno per creare i precursori delle cellule germinali. Molte gravidanze si interrompono proprio nel momento in cui questi tre tipi di cellule iniziano a scambiarsi segnali meccanici e chimici affinché l’embrione si sviluppi correttamente.

Lo studio di Yale e la questione etica

Proprio sullo stesso numero di Nature è stato pubblicato un altro importante studio che va nella stessa direzione. In questo caso, il team della Yale School of Medicine, guidato dai genetisti Berna Sozen e Zachary Smith, è riuscito a creare un modello che offre una finestra senza precedenti sullo sviluppo embrionale umano. In particolare, i ricercatori hanno coltivato cellule staminali embrionali in vitro per poi trasferirle in un sistema di coltura 3D ed esporle a condizioni che hanno stimolato le cellule ad auto-organizzarsi e differenziarsi spontaneamente. Le cellule si sono così divise in due lignaggi: i precursori embrionali e quelli extra-embrionali (ossia quelli che offriranno supporto nutrizionale o di altro tipo, come il sacco vitellino). Il team ha poi coltivato questi lignaggi cellulari per circa una settimana e analizzato il modo in cui si guidavano a vicenda mentre si sviluppavano. “Abbiamo iniziato a esaminare dettagli molto meccanicistici, come quali segnali si stanno dando l’un l’altro e in che modo geni specifici si influenzano a vicenda”, afferma Sozen. “Il nostro modello è unico perché ha questo tessuto extra che ci consente di analizzare un po’ più a fondo”.

Il nuovo modello ha un’efficienza superiore al 70%, vale a dire quindi che le cellule staminali si sono aggregate correttamente per circa il 70% delle volte. “Questo lavoro è davvero importante perché ci fornisce informazioni dirette sulla nostra stessa specie”, conclude Sozen. E “la capacità di generare fino a migliaia di questi modelli consentirà un’analisi di massa che non è possibile fare con gli embrioni umani”.

Per quanto riguarda le questioni etiche, va sottolineato che entrambi i modelli non possono svilupparsi in esseri umani. Nel secondo studio, per esempio, il modello è privo di cellule dette trofoectoderma, ossia quelle necessarie affinché l’embrione possa impiantarsi nell’utero e che danno origini alla placenta. “È molto importante concentrarsi sul fatto che il nostro modello non può crescere ulteriormente o impiantarsi e quindi non è considerato un embrione umano”, afferma Sozen. Vanno esclusivamente intesi, quindi, come strategie per imitare e studiare gli aspetti dello sviluppo umano naturale.