Científicos descubren por qué tenemos la cabeza en su sitio

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¿Cómo se organizan las partes del cuerpo en el embrión humano?

La biología del desarrollo se centra en comprender cómo se forma y organiza un organismo partir de una sola célula. Un aspecto fundamental de este proceso es el establecimiento de los ejes corporales, que son las líneas imaginarias que definen la estructura y simetría del cuerpo. Contamos con tres: el eje anteroposterior (cabeza a cola), el eje dorsoventral (espalda a abdomen) y el eje izquierda-derecha. Estos ejes son esenciales para que los órganos y tejidos se coloquen correctamente durante el desarrollo embrionario.

El establecimiento de los ejes corporales no está escrito en nuestros genes, sino que se coordina por moléculas que actúan guiando a las células hacia un lugar u otro en un tiempo coordinado. Cualquier error en esta coreografía puede resultar en malformaciones congénitas y disfunciones graves. Sin embargo, los mecanismos exactos que regulan estos procesos todavía son un misterio para los científicos, que buscan respuestas en los embriones de pocos días.

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Los mecanismos exactos que regulan estos procesos todavía son un misterio para los científicos. Foto: Istock

Recientemente, un equipo de investigadores del Max Planck Institute ha descubierto una molécula que desempeña un papel crucial en la organización de estos ejes. Este hallazgo proporciona nuevas pistas sobre cómo se establece la simetría y estructura corporal en mamíferos. Entender el rompecabezas del cuerpo, conociendo con mayor precisión cómo y dónde se coloca cada órgano, abre la puerta a posibles intervenciones terapéuticas para corregir defectos y malformaciones.

Construyendo un cuerpo pieza a pieza

En nuestra historia evolutiva, el eje cabeza-cola es el más antiguo de los ejes corporales y se forma muy temprano durante el desarrollo embrionario. En los ratones, este eje se establece solo unos días después de la fertilización. En esta etapa, el embrión de ratón se parece a una pequeña taza con dos capas de células. En el fondo de esta taza, un tipo celular conocido como endodermo visceral anterior (AVE) comienza a moverse hacia uno de los bordes, deteniéndose a mitad de camino. En este punto, la cabeza se desarrolla a partir de la capa interna de células, mientras que la cola se forma en el lado opuesto.

Se creía que este proceso era controlado por dos señales moleculares opuestas: Nodal y BMP. Sin embargo, investigadores de un centro alemán han descubierto que la molécula beta-catenina también juega un papel crucial en la formación del eje cabeza-cola. Utilizando una herramienta biológica innovadora, en la que no existe la señalización BMP típica, una molécula conocida como beta-catenina hace el contrapunto a Nodal para establecer este eje.

Embriones de juguete para experimentos de verdad

Los experimentos que han llevado al descubrimiento de una nueva molécula que establece los ejes corporales no podría haberse llevado a cabo con embriones de ratón. El motivo es evidente: los embriones se desarrollan en el útero de la madre, una caja negra totalmente inaccesible.

Para sortear este contratiempo, los científicos han desarrollado una herramienta totalmente revolucionaria en la biología del desarrollo: los modelos embrionarios. Estos modelos son agregados de células madre que mimetizan las etapas tempranas del desarrollo embrionario. A través del tratamiento controlado y específico de células madre embrionarias con factores de crecimiento, los científicos pueden inducir la diferenciación y organización de estas células en estructuras que imitan los procesos naturales del desarrollo.

Una de las principales ventajas de estos modelos es que permiten a los investigadores observar y manipular el desarrollo en tiempo real. Se trata de una ventana con vistas a los procesos dinámicos y complejos que ocurren durante las primeras etapas de la vida, permitiendo un estudio detallado de los mecanismos moleculares y celulares sin precedentes. Además, estos modelos eliminan las limitaciones éticas y prácticas asociadas con la experimentación animal, generándose en el laboratorio a partir de células cultivadas y sin la necesidad de recurrir a ratones para llevar a cabo cada nuevo experimento.

Es muy importante destacar que estos modelos embrionarios se generan en ausencia de óvulo, espermatozoide o incluso útero, únicamente a partir del tratamiento de células madre cultivadas en una placa de laboratorio. Constituyen objetos biológicos que no tienen la capacidad de implantarse en un útero y originar un ratón recién nacido, por lo que aunque se parezcan a lo embriones reales, no podemos perder de vista sus limitaciones.

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Es muy importante destacar que estos modelos embrionarios se generan únicamente a partir del tratamiento de células madre. Foto: Istock

Un actor inesperado en el rompecabezas del cuerpo

Hasta ahora, se creía que el eje cabeza-cola se establecía principalmente por la interacción entre dos señales moleculares llamadas Nodal y BMP. Sin embargo, los investigadores del Max Planck Instituto han identificado otro actor clave en este proceso mediante el uso de modelos embrionarios de ratón.

En ausencia de la señal BMP, la molécula de señalización beta-catenina asume un papel contrapuesto al de Nodal. Así, los científicos demostraron que la actividad de la beta-catenina propia del tejido, en combinación con las señales de Nodal, controla el establecimiento de este eje. Podríamos bromear diciendo que la coordinación entre beta-catenina y Nodal es crucial para que no pensemos con los pies.

Este estudio es especialmente relevante porque proporciona nuevas pistas sobre cómo encajar las piezas en el complejo rompecabezas del desarrollo de un ser vivo y además descubre la importancia de la beta-catenina en la formación de los ejes corporales. Este descubrimiento puede tener implicaciones profundas para la biología del desarrollo, ayudando a desentrañar los procesos fundamentales que aseguran que cada parte del cuerpo se forme y se ubique correctamente.

Además, los científicos han demostrado la utilidad de los modelos embrionarios, validándolos como una herramienta poderosa para seguir explorando el desarrollo embrionario. Estas herramientas no solo permiten investigar la formación de los ejes corporales, sino que también ofrecen un método robusto para estudiar la organización y el desarrollo de otros órganos y tejidos.

La capacidad de manipular y observar estos procesos en tiempo real deja entrever nuevos caminos para descubrir las señales y mecanismos que regulan el desarrollo del cuerpo. Un enfoque que promete no solo ampliar nuestro conocimiento básico, sino también impulsar avances en la medicina regenerativa y, quién sabe, si en el futuro tratamiento de malformaciones congénitas.

muyinteresante.es / Publicado por Adrián Villalba. Bioquímico y divulgador, 20 junio 2024