Creare embrioni in laboratorio da cellule diverse che non siano spermatozoi e ovuli e poi assistere al loro sviluppo al di fuori dell’utero è un’area di studio che sta facendo importanti passi avanti negli ultimi 5 anni. La domanda è: quanto ci vorrà prima di sbloccare la “scatola nera” dell’embriologia umana?
Creare embrioni in laboratorio: ecco a che punto siamo
I ricercatori hanno annunciato di aver messo in coltura un modello di embrione di topo realizzato interamente con cellule staminali embrionali e senza l’uso di spermatozoi e uovo, o di un utero, per 8,5 giorni, circa 2 giorni in più rispetto ai precedenti esperimenti .
L’analisi genetica ha rivelato che le strutture e l’attività cellulare in questi modelli di embrioni erano per il 95% simili agli embrioni di topo reali e funzionali. Ciò suggerisce che questi modelli erano abbastanza simili ad un embrione naturalw da poter essere studiati per ottenere informazioni dettagliate su come funzionano.
La ricerca sia sui topi che sugli embrioni umani può offrire informazioni sui meccanismi che consentono loro di dividersi, impiantarsi e svilupparsi. Tuttavia, essere in grado di costruirli da zero aiuta i ricercatori a bypassare esperimenti potenzialmente costosi e non etici su un embrione e li aiuta anche a verificare se le ipotesi su come funzionano sono corrette.
Uno studio recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Cell ha raccontato seiy i risultati raggiunti dai ricercatori nel laboratorio della Professoressa Jacob Hanna presso il Weizmann Institute of Science di Rehovot, in Israele. Questo è l’ultimo passo di una lunga serie esperimenti incrementali negli ultimi anni per creare embrioni in laboratorio partendo da zero.
La squadra di scienziati coordinata dalla Professoressa Hanna aveva già pubblicato i dettagli di una parte particolarmente importante di questo studi, nel 2021 su Nature , quando è stato spiegato il processo che hanno utilizzato per far crescere modelli di embrioni al di fuori di un utero. Il sistema che hanno sviluppato utilizza bottiglie piene di liquidi che fungono da coltura per le cellule, che possono ruotare o rimanere statiche in diversi punti di sviluppo.
La Professoressa Hanna ha osservato: “Dato che sappiamo cosa serve per supportare la crescita di [embrioni di topo naturale] al di fuori dell’utero (dispositivo e condizioni), possiamo finalmente testare se e quali cellule staminali possono generare un embrione ab initio solo da cellule staminali“.
“Non potevamo farlo prima perché come farai a far crescere un embrione sintetico se non sai come far crescere un embrione naturale? Basso ed ecco infatti, lo stesso dispositivo, le stesse condizioni del supporto e gli stessi parametri consentivano aggregati di 27 celle di cellule staminali pluripotenti per raggiungere gli embrioni di stadio 8,5 quando inseriti in questo dispositivo dopo 8 giorni“, ha continuato la scienziata.
“Il dispositivo e i media erano fondamentali. Questi embrioni sono embrioni interi: hanno un sacco vitellino e placenta. Non abbiamo utilizzato le cellule staminali della placenta e le cellule staminali del sacco vitellino, ma abbiamo dimostrato che tutto può essere prodotto esclusivamente da staminali embrionali pluripotenti ingenue o da linee di cellule staminali pluripotenti indotte che vengono regolarmente espanse nei laboratori di tutto il mondo“, ha spiegato la Professoressa Hanna.
Questo è stato notevole perché in precedenza, i ricercatori hanno realizzato modelli di embrioni che hanno iniziato a formare la placenta, il tuorlo d’uovo e l’amnione utilizzando una miscela di cellule staminali embrionali e cellule staminali prelevate dallo strato del trofoplasto. Questo è lo strato che normalmente si differenzia nella placenta negli embrioni.
La percentuale di di fallimento tuttavia in quest’ultima serie di esperimenti è stata elevata, con solo 50 su 10.000 di queste miscele cellulari che si sono formate prima in sfere e poi in strutture più a forma di uovo come un embrione.
Non solo questi modelli di embrioni hanno iniziato a produrre le strutture che avrebbero sostenuto una gravidanza, ma alla fine degli 8,5 giorni in cui sono cresciuti, avevano formato un cuore pulsante, una circolazione di cellule staminali del sangue, una regione della testa con pieghe, un neurone tubo e gli inizi di un tubo intestinale.
Contemporaneamente il laboratorio della Professoreasta Magdalena Zernicka-Goetz con sede all’Università di Cambridge ha pubblicato due articoli su un server di prestampa: condivisi qui e qui . Questw ulteriori ricerche spiegano come i ricercatori del laboratorio di Cambridge avevano osservato che strutture di organi simili iniziavano a formarsi nella loro stessa ricerca utilizzando modelli di embrioni.
La Professoressa Zernicka-Goetz ha spiegato xhe questi articoli sarebbero apparsi su riviste sottoposte a revisione paritaria nelle prossime settimane e che le loro versioni finali erano attualmente sotto embargo:”Quindi è un processo passo dopo passo […] il nostro articolo mostrerà ulteriori sviluppi”.
Quest’ultima scoperta si basa sul lavoro precedente di altri laboratori e gruppi, sia quelli della Professoressa Zernicka-Goetz che altri, ha affermato il Professor David Glover, insieme a sua moglie la or Zernicka-Goetz hanno squadre a Cambridge e CalTech. Hanno svolto ricerche insieme e appaiono come coautori di uno degli articoli che saranno presto pubblicati.
La professoressa Zernicka-Goetz, ha dichiarato: “Penso si debba tornare all’articolo di Magda pubblicato nel 2017, la cui autricet senior era Sara Harrison, che stabilisce il principio di essere in grado di creare una struttura simile a un embrione usando una miscela di extraembrionali cellule e cellule embrionali“.
Cellule extraembrionali includono componenti chiave che formano tessuti extraembrionali, che sono cruciali per mantenere la sopravvivenza dell’embrione. I tessuti extraembrionali includono la placenta, il sacco vitellino e l’amnione. Essere in grado di produrre modelli di embrioni che presentano l’inizio dello sviluppo di questi tessuti è così importante perché aiutano ad avviare la segnalazione che aiuta il modello di embrione a svilupparsi e ad autoassemblarsi proprio come farebbe un embrione in via di sviluppo naturale, ha osservato il Professor Glover.
“Il fatto è che, poiché i nostri stessi embrioni si sviluppano all’interno dell’utero, richiedono tessuti extraembrionali per svilupparsi correttamente. E quei tessuti extraembrionali hanno due funzioni. Forniscono, ovviamente, una base strutturale, forniscono un sacco vitellino e forniscono la placenta“, ha aggiunto lo scienziato: “Ma prima che arrivino a quella fase, forniscono anche segnali all’embrione per dirgli come svilupparsi correttamente. E se non hai quei segnali lì, allora l’embrione non si sviluppa correttamente“.
Questi modelli particolari sono solo un tipo di modello di embrione attualmente in fase di sviluppo. I ricercatori hanno anche sviluppato altri modelli, come i blastoidi, che tentano di ricreare lo stadio di blastocisti preimpianto dell’embrione, e gastruloidi, che non hanno tessuti extraembrionali e, di conseguenza, tendono a non avere una regione cerebrale.
Il laboratorio del Dottor Nicholas Rivron che collabora con l’Istituto di biotecnologia molecolare presso l’Accademia austriaca delle scienze, Vienna, Austria, ha lavorato allo sviluppo di modelli di embrioni per ottenere maggiori informazioni sulla fase pre-impianto.
Il suo gruppo ha pubblicato una ricerca chiave del 2018 sulla rivista scientifica Nature. Lo scienziato delineato come sono stati sviluppati i modelli di embrioni di topo utilizzando cellule staminali embrionali e cellule staminali dallo strato di trofoblasto per creare blastoidi che potrebbero essere impiantati nell’utero di un topo per un paio di giorni.
il Dottor Rivron ha dichiarato: “Per le prossime fasi dell’indagine, dobbiamo capire effettivamente come quegli embrioni possono essere combinati con le cellule uterine per comprendere i processi di impianto nell’utero e come questo può sviluppare le nostre conoscenze per risolvere varie sfide sanitarie legate alla pianificazione familiare, al declino della fertilità e anche all’origine delle malattie“.
“La limitazione è la placenta: la placenta è estremamente importante“, ha osservato, poiché fornisce i nutrienti e l’ossigeno all’embrione che sono essenziali per fargli crescere e svilupparsi ulteriormente. L’ultimo documento ha anche confermato che in questi embrioni modello si potrebbero osservare le primissime fasi dello sviluppo degli organi, note come organogenesi.
Questo è stato in genere difficile da osservare, poiché si verifica tipicamente nell’utero. Tuttavia, stabilendo un processo per sviluppare questi modelli embrionali in laboratorio, è possibile studiare la differenziazione delle cellule, il controllo genetico di questa differenziazione e l’ambiente necessario per lo sviluppo tipico.
Le linee guida per questo regolamento sono pubblicate dalla Società internazionale per la ricerca sulle cellule staminali (ISSCR) circa ogni 5 anni, con l’ultima serie di linee guida pubblicata nel 2021. Questa guida ha affrontato l’esistenza di modelli di embrioni derivati da cellule staminali e la possibilità di modelli di embrioni chimerici costruiti utilizzando cellule di specie diverse insieme a cellule umane.
In effetti, una ricerca sui modelli di embrioni pubblicata sulla rivista scientifica Science ha descritto come i ricercatori dell’Università di Harvard hanno bioingegnerizzato strutture del cuore umano.
Sia lo sviluppo di organoidi che i modelli di embrioni hanno fatto passi da gigante negli ultimi 5 anni e le loro basi, nuovi approcci genomici che possiamo utilizzare per comprendere e ricreare le strutture dei mammiferi, sono simili.Il Dottor Rivron ha contribuito all’ultima serie di linee guida dell’ISSCR spiegando che: “Se vuoi studiare l’organogenesi o creare organi, il principio politico è che devi usare, moralmente, il modo meno problematico per studiarli, e gli organoidi offrono un modo per farlo”.
Sia lo sviluppo di organoidi che i modelli di embrioni hanno fatto passi da gigante negli ultimi 5 anni e le loro basi, nuovi approcci genomici che possiamo utilizzare per comprendere e ricreare le strutture dei mammiferi, sono simili. Sarà interessante vedere come le discipline convergeranno negli anni a venire, per darci un insieme ancora più ampio di strumenti per sbloccare la “scatola nera” del nostro sviluppo.
Carlo Casini, esponente del Movimento per la Vita, è deputato al Parlamento europeo, dove si sta occupando dei temi della bioetica, ha voluto dire la sua sul problema etico che interessa lo sviluppo di embrioni in laboratorio: “Mentre la procreazione artificiale in vivo, con introduzione diretta nell’utero femminile dello sperma maschile, era conosciuta da tempo e praticata anche sull’uomo, non solo sugli animali, lo sviluppo recente di quella in vitro, con prelievo, cioè, dell’uovo femminile e sua fecondazione con seme maschile in ambiente esterno al corpo della donna, creando una quantità enorme di possibilità, tante delle quali ancora da sondare, ha posto tutta una serie di problemi estremamente inquietanti“.
“Io ho fatto il paragone con la scoperta dell’intimità della materia inanimata: la bomba atomica nasce come sviluppo negativo di una conoscenza, in sé positiva, dell’intimità della materia inanimata. Qui si tratta della conoscenza dei meccanismi della materia animata e i rischi potrebbero essere anche più gravi di quelli della bomba atomica, perché l’uomo potrebbe, al limite, attraverso la manipolazione del genoma, diventare proprietà totale di un altro uomo e quindi perdere il suo carattere di soggettività: la stessa dignità umana verrebbe distrutta“.
“Il fatto che ci sia un embrione umano in un laboratorio di biologia ci pone delle domande. Di chi è? Chi può decidere per lui? E’ proprietà del medico o di chi ha dato il seme o di chi l’ha commissionato? Cosa si può fare su questo embrione? Si può fare l’analisi del genoma? Si possono buttar via gli embrioni che non sembrano tanto adatti? E, vista la velocità con cui procede la ricerca, sono tutti problemi oltre che inquietanti anche estremamente urgenti da affrontare. Problemi che, secondo me, riguardano due questioni fondamentali“.
“La prima grande questione concerne il significato stesso del vivere umano. Questi embrioni costruiti in provetta che, in attesa di essere impiantati nell’utero della donna che desidera una gravidanza, vengono conservati a decine di migliaia nei laboratori di biologia sotto azoto liquido, cosa sono? Sono pezzetti di carne senza significato? Sono masserelle genetiche? Sono individualità umane? E questa domanda rinvia a un’altra, ancora più grave e profonda: in fondo cosa rende umano l’umano? Il volto, il nome, l’intelligenza, la salute, il colore della pelle, l’autoconsapevolezza?“
“Oppure il dato biologico, l’appartenenza biologica alla specie umana in forma individuale, è già sufficiente a indicare il mistero e tutta la ricchezza dell’uomo? Sono grandi domande che vengono poste in modo ultimo su questa frontiera dell’inizio della vita umana e che la procreazione artificiale ripropone in termini ancora più drammatici che nella materia, così controversa, dell’aborto“.
“Recentemente a Bologna, durante un congresso di ginecologia presso l’Istituto S. Orsola della Facoltà di Medicina, è stata fatta una relazione nel corso della quale è stata documentata con filmati, attraverso meccanismi ecografici, la cosiddetta riduzione fetale in 36 casi. Di che si tratta? Si trattava di casi di concepimenti avvenuti mediante procreazione artificiale, con prelevamento di uova femminili, loro fecondazione con sperma maschile e impiantazione degli embrioni nell’utero femminile, che avevano dato luogo a gravidanze plurigemellari“.
“Sono casi relativamente frequenti perché, siccome la possibilità di impianto dell’embrione nell’utero è più difficile che non nella fecondazione naturale e siccome tale impianto dipende anche dai richiami che l’embrione manda, si immettono tre, quattro embrioni in modo che più forte sia il richiamo e maggiore l’adattamento della mucosa uterina. Il rischio qual è? Che gli embrioni si impiantino tutti. Allora che si fa quando l’ordinativo è di un bambino e invece ci sono più bambini? Riduzione fetale“.
“È stato documentato che all’ottava settimana di gravidanza si fa un’iniezione nel cuore di alcuni di questi gemelli in modo da poterli sopprimere, perché ne restino uno, due, quelli che interessano ai genitori o al medico. Sono fatti avvenuti a Bologna, non in Canada o chissà dove. Ora, questa come la chiamiamo? Decimazione? Selezione?“.
