Studio dello sviluppo embrionale per la previsione di difetti congeniti

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Un modello 3D per lo sviluppo embrionale umano. Le prime fasi dello sviluppo dell’embrione possono essere riprodotte grazie a un modello tridimensionale ottenuto da cellule staminali che aggira gli attuali limiti bioetici perché non ha il potenziale per svilupparsi in un embrione completamente formato. Si apre così la possibilità di studi finora permessi solo in modelli animali.

Chiarire alcuni meccanismi cruciali dello sviluppo dell’embrione umano in laboratorio: è questo l’obiettivo di un modello tridimensionale realizzato a partire da cellule staminali da ricercatori dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito, guidati da Alfonso Martinez-Arias, in collaborazione con i colleghi dell’Hubrecht Institute, nei Paesi Bassi. La ricerca, illustrata su “Nature”, rappresenta una nuova via per studiare i difetti congeniti e per sviluppare test che permettano di rilevarli durante la gravidanza.

Immagine al microscopio del gastruloide (©Naomi Moris) 
Immagine al microscopio del gastruloide (©Naomi Moris)

Molti dei difetti congeniti insorgono infatti nella fase della gastrulazione, durante la quale nell’embrione si formano tre strati distinti di cellule da cui si differenziano i diversi tessuti dell’organismo: ectoderma,  mesoderma ed endoderma. La gastrulazione inizia a due settimane dal concepimento e segna il passaggio da un aggregato di cellule a un individuo. È per questo che il quattordicesimo giorno è il limite, stabilito per motivi etici, oltre il quale non è permesso studiare gli embrioni umani in coltura.

Martinez-Arias e colleghi illustrano in che modo sia possibile assemblare in tre dimensioni cellule staminali embrionali umane per generare strutture chiamate gastruloidi, che successivamente si differenziano in tre strati organizzati, simili a ectoderma, mesoderma ed endoderma.

I gastruloidi permettono di aggirare i limiti etici e normativi sullo studio degli embrioni perché non hanno il potenziale per svilupparsi in un embrione completamente formato: non hanno cellule cerebrali o uno qualsiasi dei tessuti necessari per l’impianto nel grembo materno. Conservano comunque molte caratteristiche dello sviluppo successivo alla gastrulazione che finora erano state osservate solo nel modello animale: analizzando i geni espressi nei gastruloidi a 72 ore di sviluppo, i ricercatori hanno scoperto una chiara firma dell’evento che dà origine a importanti strutture anatomiche come i muscoli toracici, le ossa e la cartilagine.

Gli autori hanno poi fatto un confronto con un’importante banca dati di tessuti embrionali, la Carnegie Collection of Embryology, che raccoglie una precisa cronologia della crescita giornaliera nelle prime otto settimane di gestazione. Hanno così stabilito che i gastruloidi sono per molti aspetti simili a embrioni umani di 18-21 giorni.

“Quelle che abbiamo sviluppato è un nuovo sistema per ottenere un modello dello sviluppo embrionale precoce, che permetterà di studiare alcuni processi per la prima volta”, ha commentato Naomi Moris, del Dipartimento di genetica dell’Università di Cambridge, e prima autrice dello studio. “È un primo importante passo per modellizzare l’emergere del ‘progetto’ del corpo umano, e potrebbe rivelarsi utile per studiare che cosa succede quando emerge qualche problema, come nel caso dei difetti alla nascita”.

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