16:26 10 Aprile 2021
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Questa settimana due team di scienziati hanno annunciato di aver creato un modello di embrione umano senza ovuli né spermatozoi. Gli scienziati hanno ricreato la blastocisti (fase iniziale dello sviluppo embrionale) a partire dai fibroblasti, ossia cellule riprogrammate del tessuto connettivo.

 Questo ha consentito di aggirare i divieti vigenti su simili esperimenti nella maggior parte dei Paesi. Sputnik in questo approfondimento cerca di capire quanto “genuino” sia l’embrione così ottenuto e se lasci spazio a future scoperte.

Concepimento senza inseminazione

Solitamente gli embrioni in laboratori vengono ottenuti a partire da ovuli inseminati di una donatrice. Nel caso di clonazione è possibile fare a meno degli spermatozoi. A partire dalla metà degli anni 2010 è stato appurato che è possibile crescere embrioni in provetta senza il coinvolgimento di cellule sessuali. La fase di blastocisti coinvolge tre tipologie di cellule a partire dalle quali si formano poi i tessuti embrionali, la placenta e il sacco vitellino. Tutti questi elementi vengono ricavati dalle cellule staminali.

I primi a creare un “embrione senza genitori” furono nel 2017 gli scienziati dell’Università di Cambridge i quali prelevarono cellule staminali embrionali ed extra-embrionali trofoblasti (da cui si forma la placenta) di ratti e le posizionarono su una matrice extra-cellulare tridimensionale. Lì le cellule si organizzarono autonomamente in una struttura che ricordava un tradizionale embrione di ratto.

Tuttavia, il quarto giorno dell’esperimento lo sviluppo della struttura si interruppe poiché non aveva accesso a sostanza nutritive come invece avviene nell’organismo della madre.

Gravidanza con cellule staminali

L’anno successivo l’esperimento fu ripetuto dai ricercatori dell’Università di Utrecht. Così come i colleghi britannici, gli olandesi crearono un embrione di ratto a partire da cellule staminali di due tipologie: embrionali e trofoblasti.

© CC BY-SA 2.5 / Nissim Benvenisty / Image shows hESCs
Cellule staminali embrionali

Tuttavia, gli olandesi si spinsero oltre. Durante la fase di blastocisti da loro indotta si vennero a formare tutte le tipologie di cellule necessarie per il successivo sviluppo embrionale.

Inoltre, dopo il trapianto nell’utero dell’animale la fase di blastocisti indusse la gravidanza. In verità, gli autori dello studio sottolineano di non essere riusciti ad ottenere un vero e proprio embrione: infatti, la madre non sarebbe riuscita a partorirlo.

Nel 2019 anche gli scienziati del Salk Institute for Biological Studies hanno indotto la gravidanza in esemplari di ratti trapiantando degli embrioni ottenuti a partire da una sola cellula somatica. Questa è stata prelevata dall’organismo di un animale adulto, riprogrammata e fatta riprodurre. In questo modo, si è venuta a creare una coltura di cellule staminali embrionali.

Poi le cellule sono state riprogrammate ulteriormente per trasformarle nelle cosiddette cellule pluripotenti ed è stato messo a punto un cocktail di apposite sostanze segnale le quali durante il consueto sviluppo embrionale inducono la differenziazione del trofoblasto (da cui si forma la placenta) e della massa cellula interna (da cui si formano i tessuti dell’embrione). Nel 15% dei casi a partire da queste cellule sono cresciute delle strutture analoghe a quelle osservabili nelle fasi di blastocisti per composizione cellulare ed espressione genica.

Quando tali strutture sono state trapiantate nell’utero materno, circa il 7% è riuscito a sopravvivere. Come osservano i ricercatori, nell’organismo delle madri tali strutture sono riuscite a crescere per circa 1 settimana, ma presentavano ritardi nello sviluppo rispetto agli embrioni tradizionali, il che ha significato la loro morte.

Imitazione umana

Ipoteticamente un procedimento analogo dovrebbe funzionare anche con le cellule umane. L’embrione così ottenuto consentirebbe di aggirare le attuali rigide normative le quali vietano di creare embrioni umani a fini scientifici. Ma senza questi studi rimane impossibile comprendere cosa accada realmente nelle prime fasi dello sviluppo.

Il 12 marzo un gruppo di scienziati del California Institute of Technology e dell’Università di Cambridge ha annunciato di aver cresciuto degli embrioni umani impiegando soltanto cellule staminali e somatiche di uomini adulti. Di fatto i ricercatori hanno perfezionato la metodologia con la quale nel 2017 fu creato il primo “embrione senza genitori” al mondo. Tuttavia, i loro risultati sono stati pubblicati soltanto sul sito di preprint bioRxiv e per ora non sono stati sottoposti a peer review.

Due altri studi di biologi statunitensi e australiani sono stati pubblicati contemporaneamente il 18 marzo su Nature. Entrambi i gruppi di ricercatori sono riusciti a creare una struttura analoga alla blastocisti umana per proprietà, forma e dimensioni a partire dalle cellule del tessuto connettivo di un adulto. Come negli esperimenti su cavie, tale struttura è stata denominata “blastoide”.

Gli americani inizialmente hanno riprogrammato le cellule dei fibroblasti in staminali pluripotenti. Poi le hanno collocate in un apposito recipiente tridimensionale nel quale le hanno messe in contatto con sostanze segnale. In esito a tale interazione si è venuto a creare un embrione. Analogamente alla blastocisti umana, tale embrione conteneva tre tipologie di cellule dalle quali in seguito si formano la placenta, il sacco vitellino e i tessuti dell’embrione stesso.

Gli australiani hanno invece adottato un altro approccio. Hanno riprogrammato le cellule di un uomo adulto in modo tale che alcuni importanti geni si esprimessero all’interno delle cellule nello stesso modo in cui erano espressi nelle tre tipologie di cellule contenute nella blastocisti. Poi le hanno collocate in un recipiente tridimensionale in cui hanno messo a punto un cocktail di sostanze segnale. Dopo 6-8 giorni hanno ottenuto una simulazione di embrione umano.

In entrambi gli esperimenti circa il 20% delle cellule riprogrammate si è trasformato in blastoidi, il che è paragonabile ai risultati degli esperimenti sulle cavie.

Inoltre, gli scienziati hanno simulato il trasferimento degli embrioni ottenuti nell’utero, procedura che per ovvie ragioni non è possibile praticare nella realtà.

Lo pseudo-trapianto è avvenuto con successo, ma il decimo giorno gli embrioni hanno interrotto il processo di sviluppo.

Come spiega Vyachslav Chernykh, direttore del laboratorio di Genetica riproduttiva presso il Centro di ricerca medico-genetica Bochkov, in fase sperimentale si ottiene un embrione umano “incompleto”. “Sebbene nella blastocisti indotta artificialmente siano presenti gli elementi necessari, si registrano tuttavia anche alcuni difetti embriologici. Nello specifico, i disturbi della dinamica e della sincronicità dello sviluppo, le divergenze morfologiche delle strutture embrionali, i disallineamenti genetici ed epigenetici, ecc.”, osserva.

Non proprio un uomo

È altamente probabile che nei confronti di queste simulazioni la società abbia un approccio più tollerante rispetto agli esperimenti su embrioni reali, sostengono nel loro articolo su Nature i ricercatori dell’Università del Michigan.

Ad oggi la principale questione di natura etica da risolvere è l’applicabilità a queste strutture della regola dei 14 giorni.

Oggi gli embrioni umani ottenuto sperimentalmente vengono distrutti 14 giorni dopo l’inseminazione. In alcuni Paesi la violazione di questa norma è punita ai sensi di legge, in altri le sperimentazioni su questa tipologia di embrioni vengono rigettate dai comitati etici e private dei finanziamenti.

“Poiché tale “creazione cellulare” è ottenuta artificialmente, non ne è completamente vietata la crescita. Tuttavia, non è possibile trasferire tali embrioni nell’utero materno e questa pratica deve essere vietata! Probabilmente tali strutture hanno senso di esistere per studiare i meccanismi di sviluppo umano in fasi precoci successive alla fecondazione dell’ovulo. E questo sarà particolarmente utile perché, qualora il divieto non si applichi, questi embrionoidi potranno essere cresciuti per più di 14 giorni”, spiega lo scienziato.

Qualora relativamente ai blastoidi il divieto venga rimosso, è probabile che gli scienziati riescano a capire non soltanto le ragioni degli aborti spontanei e degli insuccessi della fecondazione in vitro, ma anche ad acclarare i meccanismi di diverse patologie ereditarie, quali quelle cardiovascolari e alcune tipologie di diabete.  

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