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Línea primordial y construcción del cuerpo humano a través del estómago.

Después de la fertilización, se implanta un embrión humano en el útero (días 6-12) y la gastrulación comienza poco después, y la racha primitiva aparece alrededor del día 14. cuerpo. Crédito: Dr. Guojun Sheng; Crédito por el dibujo de Leonardo da Vinci ‘El feto en el útero’: Royal Collection Trust / © Su Majestad la Reina Isabel II 2021

Publicado en Ciencias, Los profesores Guojun Sheng (Universidad de Kumamoto, Japón), el profesor Alfonso Martínez Arias (Universidad Pompeu Fabra, España) y la profesora Ann Sutherland (Sistema de Salud de la Universidad de Virginia, EE. UU.) Ofrecen una descripción general de la genética y la evolución de la línea primitiva y su función en la mediación de amniote (animales), vertebrados que se desarrollan en tierra) estómago, y analiza las implicaciones de los modelos basados ​​en células madre embrionarias del desarrollo embrionario temprano de mamíferos en la función de esta estructura.

La mayoría de los animales son simétricos binarios y están organizados mediante dos sistemas de coordenadas básicos. El primero da las identidades espaciales de las células a lo largo de los ejes anterior-posterior (de la cabeza a la cola) y dorso-ventral (de atrás hacia adelante). El segundo organiza las células en grupos (es decir, capas germinales).

En la mayoría de los animales, incluidos los humanos, hay tres capas germinales: ectodermo (fuente de la piel, sistema nervioso, ojos, etc.), mesodermo (fuente de músculos, huesos, vasos, etc.) y endodermo (fuente) intestinos, pulmones , Hígado, páncreas, etc.)

Uno de los períodos de evolución más importantes ocurre cuando un pequeño número de células pluripotentes y en división comienza el proceso de diferenciación en estos dos sistemas de coordenadas. En el desarrollo humano, esto ocurre aproximadamente dos semanas después de la fertilización a través de un proceso llamado gastrulación y está asociado con una estructura embrionaria llamada raya primitiva, una estructura en el desarrollo temprano que comienza la simetría bilateral y la formación de la capa germinal.

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Como una roca que cae de la ladera de una montaña, la célula intestinal se embarca en un diario sin retorno, que culmina con su diferenciación final en uno de los muchos cientos de linajes celulares que componen los tejidos y órganos humanos.

Con los avances técnicos en la regeneración de células diferenciadas en un estado ingenuo iniciado por científicos como John Gordon y Shinya Yamanaka (premios Nobel de 2012), los investigadores de todo el mundo ahora pueden cultivar células pluripotentes humanas (y de otros mamíferos) en el laboratorio. y, mediante la adición gradual de señales bioquímicas, hace que estas células se diferencien en cualquiera de los cientos de linajes celulares. Sin embargo, el trasplante de estas células en tejidos u órganos funcionales rara vez ha tenido éxito.

Una razón de este fracaso es que el proceso de organogénesis (organogénesis) in vivo comienza inmediatamente después de la gastrulación cuando las células de diferentes orígenes de la capa germinal y las identidades de coordinación espacial cooperan para formar órganos primitivos. A través de interacciones recíprocas posteriores, estas células experimentan una proliferación específica de órganos y especies, una organización tridimensional y una diferenciación terminal antes de alcanzar la madurez funcional. Por lo tanto, reproducir (recapitular) tales elementos esenciales in vitro se ha convertido en el santo grial de la investigación en biología de células madre y medicina regenerativa.

Lograr esto requerirá una recapitulación del método del estómago y su línea primitiva asociada. Sin embargo, ni la gástrula ni la veta primitiva se han analizado rigurosamente en el desarrollo humano, y las opiniones comparativas de los estómagos de los animales y la veta primitiva a menudo se describen incorrectamente en la literatura.

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Ahora, a través de una revisión sistemática de investigaciones anteriores, el profesor Sheng y sus colegas han proporcionado evidencia de que la racha primitiva no es una característica conservada del desarrollo amniótico, y que las rayas primitivas de mamíferos y aves evolucionaron de forma independiente, utilizando diferentes mecanismos supracelulares que dan lugar a ellos. apariencia morfológica.

Los investigadores enfatizan que, además de mediar la aparición de capas germinales del ectodermo (células pluripotentes), la función principal del proceso de gastrulación es dar a las células recién formadas en cada capa germinal un sistema de coordinación para regular el destino de las células progenitoras y el comienzo de los órganos. y tejidos que están relacionados entre sí espacialmente.

Sus análisis de diferentes parámetros biomecánicos entre múltiples modelos in vivo e in vitro predicen que un plan primitivo del cuerpo de los mamíferos puede formarse en ausencia de una racha primitiva. También sugieren que la «regla de los 14 días» (en la que un embrión humano no puede implantarse después de 14 días de fertilización o después de la aparición de la racha primitiva), que se utiliza actualmente en muchos países como la principal supervisión ética en la investigación en embriología humana, debe ser reevaluado y un maestro seleccionado alternativo a través de una discusión consensuada entre las diferentes partes interesadas para garantizar el rigor científico y ético.

Referencia: “Líneas primitivas y principios celulares para construir el cuerpo amniótico a través del estómago” por Guojun Sheng, Alfonso Martínez Arias y Ann Sutherland, 3 de diciembre de 2021, disponible aquí. Ciencias.
DOI: 10.1126 / science.abg1727