Este trabajo es una sólida prueba de principio demostrando que el quimerismo –con altos niveles de contribución de células donantes a partir de células madre pluripotentes autólogas– es posible mediante la complementación embrionaria temprana en primates no humanos (mono cynomolgus). Esto ya se había conseguido en roedores. En primates ha sido más difícil. 

Nuestro grupo de investigación en la UCAM fue pionero, hace unos años, en los estudios de quimerismo con células iPS en primates, con el objetivo final de generar órganos humanos trasplantables para tratar enfermedades irreversibles. Este estudio se basa en esa dirección y allana el camino para la ingeniería genómica compleja de monos, de la misma manera que el quimerismo revolucionó la genética de ratones y las enfermedades de modelos de ratón en el siglo pasado. Las implicaciones clínicas de nuestros estudios y de estos son muy relevantes, ya que facilitarán los estudios de modelización de enfermedades humanas en primates no humanos. También tiene importantes implicaciones para la conservación de las especies.

En 1984, el investigador británico Allan Bradley, demostró que era posible generar ratones quiméricos con una elevada contribución de células pluripotentes embrionarias inyectadas en embriones preimplantacionales, en blastocistos. Los ratones quiméricos resultantes fueron igualmente capaces de transmitir el genoma de las células inyectadas a la descendencia, tras colonizar las gónadas. Ese experimento desató una serie de avances que acabaron posibilitando el nacimiento del primer ratón mutante en 1989, generado a partir de mutaciones introducidas en células pluripotentes embrionarias. Dicha tecnología, que permitió conocer la función de miles de genes del ratón (y, por comparación, de nuestros genes) fue premiada con el Premio Nobel de Medicina en 2007 y los investigadores galardonados fueron Mario Capecchi, Martin Evans (el jefe de Allan Bradley) y Oliver Smithies. Durante años esta tecnología solo pudo usarse en ratones. En 2008 se obtuvieron células pluripotentes embrionarias de rata con capacidad de colonizar quimeras, pero para el resto de especies, incluidos los primates, esta técnica no era técnicamente posible.  

Casi cuarenta años más tarde, un numeroso equipo de investigadores en China acaba de demostrar que pueden repetir el experimento de Bradley en macacos, con una eficiencia paupérrima pero constatable. Han generado los primeros macacos quiméricos a partir de la microinyección de células embrionarias pluripotentes de macaco obtenidas de embriones y mantenidas en unas condiciones de cultivo muy específicas. Esas células, marcadas con un gen que colorea de verde fluorescente las células que derivan de ellas, han logrado colonizar todos los órganos del mono quimérico resultante. Entre un 20 y un 90% de las células de cada órgano se han desarrollado a partir de las células pluripotentes embrionarias originales inyectadas. Esto incluye las gónadas, los testículos (los dos monos quiméricos que han podido analizar, uno abortado y otro que ha sobrevivido al nacimiento eran machos). Lo cual sugiere que este macaco quimérico seguramente será capaz de trasladar el genoma de las células embrionarias inyectadas a su descendencia, algo que los investigadores deberán acometer en un futuro próximo. 

Este es un experimento que no es novedoso en el mundo animal (sabemos hacer esto muy eficazmente en ratones desde hace cuarenta años) pero que sí lo es si consideramos los primates, como el macaco usado, como nosotros, lo cual acerca esta metodología a una posible utilización en humanos –que ética, científica y técnicamente ni sería factible hoy en día ni estaría justificada–. Repasando los números del equipo investigador permite hacernos una idea de lo que podría ocurrir si se intentara este experimento en otra especie de primates, como los humanos. Obtuvieron 206 embriones de macaco en fase de mórula que inyectaron con las células embrionarias pluripotentes. De esas mórulas 91 llegaron al estadio de blastocisto y 74 pudieron ser implantados en (nada menos que) 40 hembras experimentalmente preparadas para aceptar y mantener la gestación a término. Obtuvieron 12 gestaciones de las cuales 2 abortaron en fases iniciales, 4 durante el desarrollo del feto y 6 llegaron a término. De ellas solo uno de los macacos sobrevivió con una alta contribución quimérica de células embrionarias. Un macaco quimérico a partir de 206 embriones, una eficiencia muy baja, de aproximadamente el 0,5%.  

La relevancia de este experimento abre la puerta a generar a partir de ahora monos quiméricos que porten mutaciones específicas, introducidas inicialmente en las células embrionarias pluripotentes, y que sirvan para investigar enfermedades que nos afectan a los humanos. Sin embargo, esta tecnología llega tarde, diez años tarde. Desde 2013 sabemos usar las herramientas CRISPR de edición genética que son muy útiles para mutar genes de forma muy precisa y específica directamente en embriones de cualquier especie animal. En 2014 ya fueron usadas para generar macacos mutantes sin necesidad de usar monos quiméricos ni células embrionarias pluripotentes. Es decir, biológicamente es un avance significativo lograr generar estos macacos quiméricos a partir de células pluripotentes embrionarias, pero en la práctica casi todo lo que podríamos hacer con esta técnica ya lo podemos hacer desde hace años gracias a las herramientas CRISPR. 

Las eficiencias muy bajas en la generación de macacos quiméricos se parecen mucho a las que se obtuvieron cuando 21 años después de conocer el nacimiento de la oveja Dolly, el primer mamífero clonado a partir de células adultas, se obtuvieron en 2018 los primeros macacos clonados, con una eficiencia similar a la reportada para la oveja más famosa, de nuevo alrededor del 1%.  

Finalmente, es importante reseñar que este experimento, que se publica en la prestigiosa revista Cell, no podría haberse realizado en Europa, dado que nuestra legislación europea sobre experimentación animal impide usar primates no humanos como estos macacos en experimentos científicos –a no ser que se trate para investigar enfermedades muy graves, mortales, que nos afecten a nosotros–. Dado que este experimento es una primera prueba de concepto y no persigue investigar ninguna enfermedad, no hubiera obtenido el permiso necesario para acometerlo en ningún país de la Unión Europea. Esto explica por qué todos los avances en biología de reproducción de primates no humanos que vamos conociendo en los últimos años derivan de experimentos realizados en China, Estados Unidos, Japón y Corea, y no desde Europa.

En este trabajo los autores reportan el nacimiento de unos monos con alto grado de quimerismo somático a partir de la fusión de células madre embrionarias con un blastocisto [un embrión a los 5 o 6 días de desarrollo tras la fecundación]. Una quimera es un organismo compuesto de células con diferentes identidades genéticas. Este trabajo representa un importante hito en la biología del desarrollo de mamíferos, en particular, la de los primates y, por extensión, de la biología humana. 

Las células madre embrionarias (CME) representan una fuente de aplicaciones importantes para la biología fundamental y la biomedicina. La propiedad fundamental de estas células es su pluripotencia, su capacidad de contribuir a todos los órganos de un organismo, algo que se prueba con quimeras. Esta técnica se puso a punto en el ratón. En el experimento, las células se ponen en un blastocisto donde se mezclan. El blastocisto se implanta y se deja desarrollar, el resultado es un ratón en el que todos los tejidos son una mezcla de las dos clases de células. Asi, por ejemplo, si se utilizan células de un ratón negro con el blastocisto de uno blanco, el ratón se hará con una mezcla al azar de las dos clases de células y, en la piel, tendrá una mezcla de pelaje blanco y negro.  

En el caso de los humanos, este experimento no es posible y para probar la pluripotencia de las células, se utilizan otras técnicas como la generación de teratomas (tumores benignos con células de múltiples tejidos) en ratones que, aunque aproximativas, no son lo mismo. Por esta razón, la pluripotencia de las células embrionarias humanas no tiene todavía una prueba fehaciente.  

Los últimos diez años han visto grandes avances en la utilización de estas células con el desarrollo de varios protocolos que llevan a generar una gran variedad de órganos y tejidos in vitro a partir de ellas. Sin embargo, en el caso de los humanos, la prueba de su pluripotencia a través de quimeras aún falta. Si se pudieran hacer, estos experimentos abrirían las puertas a la generación de modelos de enfermedades y de detalles de la biología de los humanos. Pero, como es natural, los experimentos no son éticamente posibles. 

Los primates no humanos ofrecen una posibilidad alternativa, pues —aunque bajo el control de estrictas normas éticas, y muy costosos— los experimentos serían en principio, posibles. En este trabajo, un grupo chino, que incluye al español Miguel Esteban, reportan un trabajo en este sentido. 

Los autores obtienen células madre embrionarias de monos cynomolgus, las convierten en fluorescentes y las utilizan para la generación de quimeras. Las quimeras proveen un test muy fuerte de la potencialidad de las células madre embrionarias y los autores testan varios métodos de crecimiento de las células antes de hacer el experimento. Demuestran que solo uno de estos métodos genera células con la capacidad de interaccionar con las células del embrión que den lugar a un organismo. El trabajo es importante y tiene varias conclusiones que aportan información valiosa sobre, y para, el campo. 

La primera, para mí, es que no todas las células madre embrionarias son iguales: dependiendo del método de aislamiento y de crecimiento, tienen propiedades diferentes. A mí esto me resulta sorprendente, y es importante, pues se trabaja con muchos medios de cultivos en la asunción que todos son iguales. Este trabajo demuestra claramente que esto no es así. En el experimento más exigente, células que desde muchos puntos de vista parecen iguales no son iguales. Hará falta más trabajo, pero esta observación es importante. El segundo punto que me resulta sorprendente es el bajo número de quimeras. Empezando con 206 embriones experimentales, obtienen 6 nacimientos vivos y algunos con dificultades que fallecen. El alto grado de abortos da que pensar.   

Las buenas noticias son que se han obtenido quimeras y que empezamos a saber las razones por las que un experimento anterior en una línea similar no dio resultados. El medio de cultivo en el que crecen las CME es crucial para determinar su estado, y solo algunos [medios] ponen a las células en un estado que es compatible con el desarrollo embrionario. 

El trabajo representa un hito y es rico en detalles y pistas sobre lo que son estas CME. Abre el camino para la utilización de los primates no humanos como modelo para la biología de los humanos, por ejemplo, en el estudio de los efectos de modificaciones genéticas y modelos de enfermedades. Pero no son experimentos abiertos a cualquier biólogo. Son muy caros y requieren mantenimiento especial. También el periodo de gestación y el hecho que solo haya un bebé por madre hacen que no sea fácil. Habrá que esperar para ver si [este resultado] va más allá de una prueba de principio (proof of principle).

Se trata de un artículo muy bueno e importante. Demuestra en primates lo que sabemos en roedores: que las células madre pluripotentes ingenuas son capaces de integrarse en blastocistos en desarrollo, y luego [una vez implantadas] en el útero, pueden contribuir a todos los tejidos en el desarrollo de un embrión viable de mono. Los resultados de este estudio son sólidos.  

Durante años, los científicos no sabíamos si las células pluripotentes ingenuas son un fenómeno específico de los roedores. En 2013, nuestro grupo (Gafni et al. Nature 2013) demostró que existen en humanos, y desde entonces se ha convertido en un área activa de investigación en la que se han derivado múltiples tipos de células madre ingenuas en humanos y en primates. Por supuesto, los experimentos con quimeras no pueden ni deben realizarse con embriones humanos (no sería ético ni legal), por lo que es importante demostrar esta prueba de concepto en monos.  

Este estudio puede contribuir a facilitar y mejorar la fabricación de monos mutantes, al igual que los biólogos llevan años haciendo con ratones. Por supuesto, trabajar con primates no humanos es más lento y mucho más difícil que con roedores, pero es importante. Como también hemos demostrado recientemente, las células madre humanas ingenuas son capaces de fabricar modelos completos de embriones humanos (Oldak et al. Nature 2023), por lo que esto también podría ser relevante para los monos.