Investigadores han desarrollado un sistema que replica con gran fidelidad el revestimiento del útero (endometrio) y lo han utilizado para «escuchar» la comunicación que se produce entre el embrión y el endometrio en la etapa crucial del desarrollo cuando se produce la implantación.
Utilizando tejido endometrial donado para «sembrar» el modelo, este enfoque proporciona el sistema de cultivo más avanzado para comprender cómo los embriones humanos en etapas tempranas se implantan en el endometrio para establecer un embarazo saludable. El revestimiento uterino diseñado responde al embrión como lo haría en un embarazo real, produciendo los factores esenciales necesarios para nutrirlo, una característica que distingue a esta tecnología de modelos anteriores.
Mediante este sistema, los investigadores observaron hitos importantes en el desarrollo temprano de la placenta, incluida la creación de estructuras que luego forman la interfaz para el intercambio de oxígeno y nutrientes entre la madre y el feto. Comprender mejor esta etapa clave del desarrollo podría arrojar luz sobre la infertilidad, el aborto espontáneo y afecciones como la preeclampsia, tanto de forma general como a través de modelos endometriales personalizados.
El Dr. Peter Rugg-Gunn, líder del estudio del Babraham Institute, explicó: «Comprender la implantación del embrión y el desarrollo embrionario justo después de la implantación tiene una relevancia clínica significativa, ya que estas etapas son particularmente propensas al fracaso. En particular, la alta tasa de fracaso de la implantación representa uno de los principales factores limitantes para el éxito de la FIV».
Aproximadamente una semana después de la fertilización, el embrión en desarrollo se implanta en el revestimiento del útero (endometrio). Esta etapa del desarrollo es una de las menos comprendidas debido a la dificultad de observar el embrión durante y después de la implantación.
El nuevo sistema de modelo 3D busca replicar las complejas propiedades fisiológicas y la composición celular del endometrio. El modelo se construye paso a paso, uniendo los diferentes componentes del tejido endometrial. El equipo aisló dos tipos de células esenciales que forman el tejido endometrial –células epiteliales y células estromales– a partir de tejido donado por personas sanas que se habían sometido a biopsias endometriales.
Además de los tipos de células, los investigadores buscaron recrear la estructura del revestimiento uterino. La información del tejido endometrial donado se utilizó para identificar los componentes del tejido que le dan su estructura. Los investigadores pudieron incorporar estos componentes junto con las células estromales en un tipo especial de gel para apoyar el crecimiento de las células en una capa gruesa. Sobre esta capa, agregaron las células epiteliales, que se extendieron sobre la superficie de las células estromales.
Una vez ensamblado, se formó una réplica avanzada del revestimiento uterino, que coincidía con una biopsia de tejido endometrial en términos de arquitectura celular y mostraba respuestas a la estimulación hormonal que indicaban la receptividad del revestimiento uterino diseñado para la implantación del embrión.
Las pruebas del modelo con embriones humanos en etapas tempranas donados de procedimientos de FIV revelaron que el embrión –en este punto, una masa compacta de células– experimentó las etapas esperadas de adhesión e invasión al andamio endometrial. Tras la implantación, los embriones aumentaron la secreción de gonadotropina coriónica humana (hCG), un marcador bioquímico utilizado en las pruebas de embarazo para confirmar el embarazo, y otras proteínas asociadas al embarazo.
El Dr. Rugg-Gunn añadió: «Nos entusiasmó mucho ver que nuestro sistema liberaba factores esenciales necesarios para nutrir al embrión en las primeras semanas de embarazo. Los modelos anteriores no habían podido lograr esto, por lo que representó un gran avance para nosotros».
Además, el sistema apoyó el desarrollo post-implantación del embrión, permitiendo el análisis de etapas embrionarias (12-14 días después de la fertilización) que han sido en gran medida inexploradas. Los investigadores observaron que los embriones implantados alcanzaron varios hitos de desarrollo, como la aparición de tipos de células especializadas en el embrión y el establecimiento de tipos de células precursoras importantes para el desarrollo de la placenta.
Mediante el análisis de células únicas de los sitios de implantación, los investigadores pudieron perfilar las células en la interfaz entre el embrión y el modelo endometrial, «escuchando» efectivamente la comunicación molecular entre los tejidos. Sus resultados proporcionan nuevas perspectivas sobre las complejas interacciones entre el embrión y el entorno endometrial que sustentan el desarrollo embrionario inmediatamente después de la implantación.
La Dra. Irene Zorzan, co-primera autora del estudio, explicó el impacto del modelo en este campo de investigación: «La implantación del embrión y el desarrollo post-implantación son eventos cruciales que normalmente están ocultos a la vista, y esto ha limitado nuestra capacidad para explorar los mecanismos celulares y moleculares subyacentes a esta fase crítica. Ahora, podemos presenciar los aspectos inexplorados de los primeros momentos del desarrollo y descubrir nuevas perspectivas sobre cómo se sientan las bases de un embarazo exitoso».
Además de ampliar nuestra comprensión de los libros de texto del desarrollo en esta etapa crucial, el modelo del equipo podría utilizarse para detectar diferencias en la respuesta endometrial en la comunicación entre el embrión y el revestimiento uterino en personas que experimentan problemas de infertilidad y también para probar tratamientos que puedan aumentar la recepción del embrión por parte del endometrio.
La Dra. Sarah Elderkin concluyó: «La comunicación sincronizada entre el embrión y el revestimiento uterino es esencial para un bebé sano y una madre sana. Nuestro modelo nos proporciona la capacidad de comprender cómo se establece esta conexión en la implantación, con implicaciones para la infertilidad, la mejora del éxito del embarazo y la identificación temprana de trastornos del embarazo. Estamos muy agradecidos a las personas que donan embriones sobrantes para permitir investigaciones como la nuestra, sin las cuales no sería posible».
