Niente cellule uovo, spermatozoi o fecondazione: i ricercatori dell’università di Cambridge nel Regno Unito hanno usato invece le cellule staminali embrionali per realizzare in vitro embrioni sintetici di topo, simili per il 95% a quelli reali.
Gli embrioni, cresciuti fuori dal grembo materno in una specie di “utero artificiale”, sono stati i primi al mondo a raggiungere lo sviluppo record di 8,5 giorni, quasi la metà del tempo di gestazione di un topo. Tanto che hanno persino iniziato a formare le prime bozze di organi: un rudimentale cervello, un cuore battente e un accenno di coda e intestino. I risultati sono stati pubblicati in un articolo su Cell. Uno studio analogo, firmato in parte dagli stessi ricercatori, è uscito poco dopo anche su Nature.
Sono in corso esperimenti analoghi per creare embrioni umani, che permetterebbero di studiare fenomeni eticamente impossibili da osservare negli embrioni naturali e di produrre organi e tessuti artificiali per i trapianti.
Perché studiare gli embrioni?
Un embrione umano nelle primissime fasi di sviluppo è quasi completamente identico a quello delle altre specie di mammifero, ma anche di pesci, anfibi e qualunque altro vertebrato. Tutti si formano allo stesso modo, cioè dall’incontro tra uno spermatozoo e una cellula uovo che dà origine allo “zigote”, la prima e unica cellula del nuovo individuo, e poi all’embrione. I ricercatori hanno “saltato” la parte della fecondazione e creato embrioni completamente sintetici. Ma a cosa serve studiare gli embrioni?
Anzitutto permettono di assistere “in diretta” alla formazione di organi e tessuti e di studiare l’origine di malformazioni e malattie congenite. Ma sono anche, scrive Jacob H. Hanna, uno degli autori dello studio, delle “macchine fabbrica-organi” e le “migliori stampanti 3D” che conosciamo, che possono aiutarci a capire come creare organi artificiali per i trapianti e la rigenerazione dei tessuti.
Crescere gli embrioni fuori dal corpo
Studiare un embrione però non è facile – soprattutto non lo è osservare in diretta come la piccola palla di cellule cambia e si trasforma nel tempo per generare i precursori di organi e tessuti. Un embrione dentro l’utero materno, infatti, non può essere osservato e soprattutto manipolato direttamente, a meno di ricorrere a tecniche complesse e invasive.
A partire dagli anni Trenta del secolo scorso, gli scienziati hanno cercato il modo di crescere gli embrioni fuori dal grembo materno, per studiare il ruolo dei geni nelle malattie congenite, indagare le ragioni per cui tante gravidanze falliscono e osservare i passaggi cruciali dello sviluppo.
Un passo fondamentale in questa direzione è stato compiuto l’anno scorso, pubblicato sempre dal gruppo di Hanna su Nature. Grazie a un “utero artificiale”, un incubatore con agitazione collegato a un sistema di ventilazione e controllo della pressione, embrioni di topo generati in laboratorio hanno raggiunto il 6° giorno di sviluppo (circa un terzo della gravidanza di un topo) senza mai vedere un utero.
Benché cresciuti fuori dal grembo materno, questi embrioni erano ancora il risultato dell’unione in vitro tra uno spermatozoo e una cellula uovo. I due studi pubblicati il mese scorso su Cell e Nature hanno invece segnato una nuova pietra miliare nella storia della biologia dello sviluppo.
Embrioni sintetici con cuore e cervello
I due gruppi di ricerca hanno generato embrioni di topo interamente sintetici – formati cioè non da cellule uovo fecondate, ma da cellule staminali embrionali, che in vitro danno origine alle strutture tipiche dell’embrione. Una strategia che i ricercatori avevano sperimentato già nel 2017, ma allora nessuno degli embrioni aveva completato la fase di “gastrulazione”, durante la quale si formano i tre strati di cellule che daranno origine ai vari organi e tessuti.
Ora, i ricercatori hanno capito che è fondamentale mischiare le cellule staminali embrionali con altri due gruppi di cellule precursori delle strutture extraembrionali, come il trofoblasto, che serve a nutrire l’embrione e dà origine alla placenta. Hanno quindi usato l’utero artificiale per crescere gli embrioni per un totale di 8,5 giorni, che è quasi la metà della gestazione del topo.
Solo una piccola parte, pari a circa lo 0,5% del totale, ha raggiunto questo stadio di sviluppo, ma il risultato è comunque straordinario. Gli embrioni sintetici somigliano per il 95% a quelli naturali dopo la gastrulazione: hanno già un tubo neurale, che darà origine al cervello, una struttura simile a un cuore che batte e un’altra simile a un intestino, un accenno di coda e i precursori delle cellule germinali. Non sono però uguali al 100%, si notano alcuni piccoli difetti e anche la dimensione degli organi è diversa.
Le domande sull’umano
Ma “cosa” sono esattamente questi embrioni sintetici e cosa succederebbe se li portassimo fino al termine del tempo di gestazione? Saremmo in grado di generare un “topo sintetico”?
Hanna smentisce fermamente questa ipotesi, chiarendo in un’intervista sul Guardian che questi non sono embrioni “veri”.
Non potrebbero dare origine a un individuo neanche se fossero trapiantati nell’utero di una femmina di topo.
Domande che interessano non solo chi ricerca sugli embrioni e sulle cellule staminali embrionali, ma anche l’opinione pubblica, perché lo scopo è di passare prima o poi all’essere umano.
Gli embrioni umani sintetici potrebbero essere una fonte di organi e tessuti per le persone che ne hanno bisogno e aiuterebbero a capire meglio come sono fatti e a curarli in modo più efficace.
I primi modelli sintetici di embrioni umani sono già stati pubblicati nel 2021 su Nature, in due studi coordinati dalle università di Melbourne e Texas. Rappresentano però solo lo stadio iniziale di sviluppo dell’embrione, la blastocisti (5-6 giorni dopo il concepimento), che precede l’impianto nell’utero.
Gli organi umani iniziano a formarsi dopo circa un mese di gestazione: le sfide tecniche per mantenere gli embrioni vitali per un tempo così lungo sono ancora insormontabili. Peraltro l’uso di embrioni umani a uno stadio di sviluppo così avanzato da formare organi, se pure sintetici, è ancora al centro di questioni etiche e giuridiche. D’altro canto, permetterebbe di comprendere i passaggi cruciali dello sviluppo che proprio per motivi etici sono impossibili da osservare in embrioni umani reali.