L’embriogenesi dei mammiferi richiede complesse interazioni tra tessuti embrionali ed extra-embrionali al fine di coordinare finemente la morfogenesi durante lo sviluppo. Le prime fasi di sviluppo di un embrione sono tappe delicate non completamente conosciute e ciò ha impedito per anni di ottenere strutture embrionali in vitro a partire da cellule staminali. Comunque è noto che in queste fasi giocano un ruolo fondamentale le diverse popolazioni di cellule staminali, le loro successive specializzazioni e le loro mutue interazioni. Si distinguono: cellule staminali embrionali (ESC) pluripotenti, da cui proseguirà lo sviluppo dell'embrione, le cellule staminali trofoblastiche extra-embrionali (TSC), che formeranno la placenta e, infine, le cellule staminali endodermiche che formeranno il sacco vitellino.

Il recentissimo lavoro del gruppo di ricerca di Zernicka-Goetz mostra come combinando cellule ESCs di topo e TSCs in uno Scaffold 3D sia possibile generare una struttura morfologicamente simile ad un embrione naturale. Attraverso l’utilizzo di cellule staminali geneticamente modificate e inibitori specifici, i ricercatori sono stati in grado di seguire l’embriogenesi di embrioni derivati da ESC e TSC, l’embrione ETS, e scoprire la dipendenza del processo dal crosstalk che coinvolge il signaling Nodal. Nel corso dello sviluppo dell’embrione-ETS, si assiste alla spontanea e coordinata espressione dei marker delle cellule germinali primordiali e del mesoderma in modo asimmetrico sul confine tra la parte embrionale e non, in risposta alla segnalazione Wnt e BMP. Lo studio dimostra l’abilità di alcuni tipi di cellule staminali di auto-assemblarsi in vitro per generare embrioni la cui morfogenesi, architettura ed eterogeneità cellulari ricordano un embrione naturale. Nonostante l'embrione artificiale di topo così realizzato somigli molto a quello naturale, con cellule staminali che si possono specializzare nel tessuto della placenta, esso non è comunque in grado di dare origine ad un feto.

Zernicka-Goetz e colleghi hanno, dunque, scoperto un notevole grado di comunicazione tra i due tipi di cellule staminali scelte, queste sembrano essere in grado di coordinarsi nello spazio e nel tempo. L’importanza dello studio è legata alla possibilità di riprodurre molti meccanismi delle prime fasi di sviluppo dell’individuo.

In futuro sarà possibile riprodurre molti degli eventi che si verificano prima del quattordicesimo giorno di vita usando staminali embrionali ed extraembrionali umane probabilmente utilizzando un approccio simile a quello che ha avuto successo con i topi.

Fonte:

Sarah Ellys Harrison et al. Assembly of embryonic and extra-embryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro. Science  02 Mar 2017; DOI: 10.1126/science.aal1810