Multiplicación de gametos y embriones 447

Multiplicación de gametos y embriones
447
MULTIPLICACIÓN DE GAMETOS Y EMBRIONES
POR MEDIO DE CÉLULAS MADRE, PARTENOGÉNESIS Y MICROMANIPULACIÓN
Gustavo A Palma
Introducción
La multiplicación de gametos y embriones, empleando las particularidades haploides o diploides
del momento de su desarrollo, constituyen una forma de incrementar la tasa de gestación y así la
eficiencia reproductiva para la producción animal, la reproducción asistida en medicina humana y la
investigación en todas las especies.
La partenogénesis es el desarrollo de un embrión en ausencia de la contribución de la gameta
masculina, con o sin desarrollo de un animal adulto. Las primeras investigaciones sobre este fenómeno
ya superaron los 100 años. El conocimiento de los mecanismos de su estimulación permitió aplicarlos en
la tecnología de transferencia nuclear. Recientemente se le encontró una aplicación más, la producción
de embriones humanos partenogenéticos (partenotes) para obtener células primordiales embrionarias
humanas, destinadas a la terapia celular y tisular. Así, la partenogénesis adquiere un protagonismo
inusual en la biotecnología reproductiva animal y humana. ¿Quién habría imaginado alguna vez que la
partenogénesis daría origen a un mamífero vivo y con capacidad de reproducirse? ¿Quién hubiera
considerado relacionar la partenogénesis con los complejos mayores de histocompatibilidad? ¿Quién
hubiera considerado reflexionar, alguna vez, sobre la ética de la producción de embriones humanos
partenogenéticos, para obtener células de los blastocistos, destinadas a generar tejidos de reemplazo?
La producción de mellizos idénticos se basa en la separación de los blastómeros o la división
microquirúrgica de un embrión, para multiplicarlo en forma idéntica.
Estas tecnologías fueron desarrolladas tempranamente, a fines de 1970, inicialmente con motivos
de investigación. Todas y particularmente la producción de mellizos idénticos tiene la limitación del bajo
número de individuos idénticos que producen. Sin embargo tienen las ventajas, como su relativa fácil
aplicación, el producto de la división no requiere de programación, los embriones resultantes no sufren
alteraciones antes ni después del crecimiento y, de significativa importancia en fertilidad asistida humana
(FAH), están permitidas en algunos países como complemento de las tareas de posibilitar e incrementar
las tasas de gestación.
Los macacos rhesus son los animales más adecuados para los estudios sobre enfermedades
humanas, debido a su similitud genética y fisiológica (VandeBerg, 1996), son particularmente valiosos
para los experimentaciones con vacunas y con transplante de tejidos (Schramm y Paprocki, 2004).
Las aplicaciones de la micromanipulación en investigación en medicina humana, se centran en el
estudio del efecto de los pronúcleos y las mitocondrias citoplasmáticas sobre la expresión génica y la
viabilidad de los embriones. Los genes en las mitocondrias pueden mutar con efectos de diferente
gravedad, incluso la muerte. Algunos pacientes humanos desarrollan predominantemente enfermedades
cerebrales o nerviosas, otros musculares (miopatías mitocondriales, cardiomiopatías).
Dado que las mitocondrias son aportadas por el ovocito a la descendencia, los estudios se
concentran en evaluar el efecto de la transferencia de un pronúcleo femenino con mitocondrias
defectuosas a un ooplasma con mitocondrias sanas. Estudios efectuados en murinos confirmaron que es
posible la transferencia del pronúcleo femenino a un citoplasma sano y de uno sano a uno enfermo. Esta
manera de transferencia cruzada pretende determinar el efecto de mitocondrias de la donante sobre el
citoplasma receptor y su posterior desarrollo. Otra línea de investigación es el estudio del efecto de la
transferencia microquirúrgica de pronúcleos sobre la expresión génica y desarrollo de los embriones.
Las diferentes biotecnologías de producción y multiplicación de embriones pueden afectar los
mecanismos epigenéticos de modificación del ADN (ver capítulo Expresión génica y calidad de los
embriones) y con ello destacan un concepto, de importancia fundamental en biotecnología reproductiva:
“la herencia es más que la suma de los genes”.
448
Palma
Bibliografía
Agrawala PL (1987) Untersuchung zur Teilung von Mäuse- und Rinderembryonen und zur
Tiefgefrierkonservierung geteilter Rinderembryonen. Institut für Tierzucht und Haustier-genetik der
Georg-August-Universität Göttingen Tierärzthche Hochschule Hannover Dissertation 1-120
Baughman JM and N Geijsen (2005) In vitro generation of germ cells New techniques to solve current
issues Ann NY Acad Scie 1061, 33-40
Brem G, Krausslich H, Szilvassy, Kruff B, Lampeter WW, F Graf (1983) Zur Erzeugung eineiiger
Rinderzwillinge durch Embryo-Mikrochirurgie Berl Münch Tierärztl Wschr 96, 153-157
Brem G, Niemann H, Sacher B y D Smidt (1987) Zum Tiefgefrieren mikrochirurgich geteilter
Rinderembryonen und der Erstellung zeitungleich geborener monozygoter zwillingspaare Deutsche
Tierärztl Wschr 94, 195-197
Brem G (1986a) Splitting and sexing of bovine embryos FAO Expert Consultation on Biotechnology for
Livestock Production and Health Roma, 6-10 October 1986
Brem G (1986b) Micromanipulación en embriones bovinos y su aplicación en mejoramiento animal
Hemisferio Sur, Argentina, 209 pp
Clark AT, Bodnar MS, Fox M, Rodriquez RT, Abeyta MJ, Firpo MT and RA Reijo Pera (2004)
Spontaneous differentiation of germ cells from human embryonic stem cells in vitro Human
Molecular Genetics 13, 727-739
Dyce PW, Wen L and J Li (2006) In vitro germline potential of stem cells derived from fetal porcine
skin Nat Cell Biol 8, 384-390
Galea P, Jain V, NM Fisk (2005) Insights into the pathophysiology of twin-twin transfusion syndrome
Prenat Diagn, 777-785
Geijsen N, Horoschak M, Kim K, Gribnau J, Eggan K and GQ Daley (2004) Derivation of embryonic
germ cells and male gametes from embryonic stem cells Nature 427, 148-154
Gray KR, Bondioli and CL Betts (1991) The commercial application of embryo splitting in beef cattle
Theriogenology 35, 37-44
Johnson J, Bagley J, Skaznik-Wikiel M, Lee H-J, Adams GB, Niikura Y, Tschudy KS, Tilly JC, Cortes
ML. and R Forkert (2005) Oocyte Generation in Adult Mammalian Ovaries by Putative Germ Cells
in Bone Marrow and Peripheral Blood Cell 122, 303-315
Hipp J and A Antala (2004) Tissue engineering stem cells, cloning, and parthenogenesis: new
paradigms for therapy J Exp Clin Assist Reprod 1(1), 3 10 pp
Hirvonen-Santti SJ, V Sriraman, M Anttonen, S Savolainen, JJ Palvimo, M Heikinheimo, JS Richards
and OA Jänne (2004) Small Nuclear RING finger protein expression during gonad development:
regulation by gonadotropins and estrogen in the postnatal ovary Endocrinology 145, 2433-2444
Hübner K, Fuhrmann G, Christenson LK, Kehler J, Reinbold R, De La Fuente R, Wood J, Strauss JF,
Boiani M and HR Schöler (2003) Derivation of Oocytes from Mouse Embryonic Stem Cells Science
300 5623, 1251–1256
Johnson WH, Loskutoff NM, Plante Y, KJ Betteridge (1995) Production of four identical calves by the
separation of blastomeres from an in vitro derived four-cell embryo Vet Rec 137, 15-16
Kehler J, Tolkunova E, Koschorz B, Pesce M, Gentile L, Boiani M, Lomelí H, Nagy A, McLaughlin KJ,
Schöler HR and A Tomilin (2004) Oct4 is required for primordial germ cell survival EMBO reports 5,
1078–1083
Kippax IS, Christie WB and TG Rowan (1991) Effects of method of splitting, stage of development and
presence or absence or zona pellucida on foetal survival in commercial bovine embryo transfer of
bisected embryos Theriogenology 35, 25-35
KonoT, Obata Y, Wu Q, Niwa K, Ono Y, Yamamoto Y, Park ES, Seo JS H Ogawa (2004) Birth of
parhenogenetic mice that can develop to adulthood
Lambeth VA, Looney CR, Voekel SA, Jackson DA, Hill KG, RA Godke (1983) Microsurgery on bovine
embryos at the morula stage to produce monozygotic twin calves Theriogenology 20, 85-95
Lange H, Winke G and g Brem (1991) Embryoteilung in der ET-Praxis der Osnabrücker
Herdbuchgenossenschaft In: Fortschritte in der Tierzuchtung G Brem (ed), Ulmer Verlag, Stuttgart,
381-409
Lange H (1995) Cryopreservation of bovine embryos and demi-embryos using ethilene glycol for direct
transfer after thawing Theriogenology 43, 258
Leibo, SP (1988) Bisection of mammalian embryos by micromanipulation In: The American Fertility
Society Regional Postgraduate Course Hands-on IVF, Cryopreservation and Micromanipulation,
April 25-29, Madison, WI
Multiplicación de gametos y embriones
449
Leibo SP y WR Rall (1987) Increase in production of pregnancies by bisection of bovine embryos.
Theriogenology 27, 245
Lewis IM (1994) Splitting cattle embryos commercially: the effects of sucrose, embryo stage and
duration between embryo recovery and bisection Theriogenology 41, 237
Lin H, Lei LQ, Winninger D, Nguyen M-T, Khanna R, Hartmann Ch, Yan W-L, SC Huang (2003)
Multilinage potential of homozygous stem cells derived from metaphase II oocytes Stem Cells 21,
152.161
Liu H, He Z, Wang W and Z Rosenwaks (2005) Strategies for monozygotic twinning by embryo
splitting Fert Steril 84, 370
Loeb J (1913) The First Experiments Upon the Osmotic Activation of the Unfertilized Egg of the SeaUrchin (arbacia) In. Artificial Parthenogenesis and Fertilization The University of Chicago Press
(Ed.), Chicago 307 pp
Loeb J (1916) The sex of parthenogenetic frogs Proc Natl Acad Sci USA 2(6): 313–317
Loebel DAF and PPL Tam (2004) Genomic imprinting: Mice without a father Nature 428, 809-811
Lopes RFF, Forell F, Oliveira ATD and JL Rodrigues (2001) Splitting and biopsy for bovine embryo
sexing under field conditions Theriogenology 56, 1383-1392
Master Z (2006) Embryonic stem-cells gametes: The new frontier in human reproduction Hum Reprod
21, 857-863
Massip A, Van Der Zwalmen P y F Ectors (1985) Production of monozygotic twin calves from split
embryos Ann Med Vet 129, 53-57
McEvoy TG y JM Sreeman (1990) Effect of embryo quality and stage of development on the survival
of the zona pellucida-free demi-embryos Theriogenology 33, 1245-1253
Nagashima H, Matsui K, Sawasaki T and Y Kano (1984) Production of monozygotic mouse twins from
microsurgically bisected morulae J Reprod Fertil 70, 357 – 362
Nagy ZP, C-C Chang (2006) Current advances in artificial gametes RBO 11, 332-339
Ozil JP, Heyman Y and JP Renard (1982) production of monozygotic twins by micromanipulation and
cervical transfer in the cow Vet Rec 110, 126-127
Ozil JP (1983) Production of identical twins by bisection of blastocysts in the cow J Reprod Fert 69,
463-468
Palma GA, Brem G, Cabodevilla J, Iovannitti B, Alberio R, S Torquati (1991) Producción de mellizos
idénticos por medio de micromanipulación Rev Med Vet 73, 27-30
Palma GA, Alberio RH and G Brem (1991) Moderne reproduktionstechnicken in der extensiven
Tierhaltung in Argetninien In: Fortschritte in der Tierzuchtung G Brem (ed), Ulmer Verlag, Stuttgart,
381-409
Palma G, Zakhartchenko V, Alberio R, Kaiser GG, Aller J and RH Alberio (2002) Production of adult
somatic cell clones from bovine granulosa cells cultured to full confluence Annual Conference of
the International Embryo Transfer Society (IETS) Theriogenology 57, 441
Pinter Z, Szabad J, A Petho (1986) Embryo-splitting without a micromanipulator 37 The Annual
meeting of the European Association for Animal Production, 189
VandeBerg JL, S Williams-Blangero (1996) Strategies for using nonhuman primates in genetic
research on multifactorial diseases Lab Anim Sci 46, 146-51
Rodrigues JL, Lopes RFF, Silveira MC, A Queiroz (1989) Bisection of bovine embryos in modified
PBS without protein source Rev Bras Reprod Anim 13, 21-24
Rougier N and Z Werb (2001) Parthenogenesis in mammals Mol Reprod Dev 59, 468-474
Schramm RD and AM Paprocki (2004) Strategies for the production of genetically identical monkeys
by embryo splitting Reprod Biol Endocrinol 2, 38
Seike M, Saeki K, Utaka K, Sakai M, Takakura R, Nagao Y and H Kamagawa (1989) Production of
bovine identical twins via transfer of demi-embryos without zonae pellucidae Theriogenology 32,
211-220
Steinmeyer H (1986) Versuche zur Teilung von Rinderembryonen unter Berücksichtigung
verschiedener Entwicklungsstadien Tierärzltiche Hochschule Hannover Dissn 1-72
The Ethics Committee of the American Society for Reproductive medicine (2004) Embryo splitting for
infertility treatment Fert Steril 82 suppl 1, 256-257
Suzuki J, Lefebvre R, LC Smith (2005) Epigenetic alterations of imprinted genes in bovine embryos
produced by in vivo, in vitro, and somatic cell nuclear transfer 38th Annual Meeting for Study of
Reproduction, Quebec, Canada July 24-27
Takeda T, Hallowell SV, McCauley AD y JF Hasler (1986) Pregnancy rates with intact and split bovine
embryos transferred surgically and nonsurgically Theriogenology 25, 204
450
Palma
Takeuchi T, QV Neri and GD Palermo (2005) Construction and fertilization of reconstituted human
oocytes RBM-online 11, 3
Toma JG, McKenzie IA, Bagli D, FD Miller (2005) Isolation and Characterization of Multipotent SkinDerived Precursors from Human Skin Stem Cells 23, 727–737
Toyooka Y, Tsunekawa N, Akasu R, T Noce (2003) Embryonic stem cells can form germ cells in vitro
Proc Natl Acad Sci USA 100, 11457-11462
Telfer EE, Gosden RG, Byskov AG, Spears N, Albertini D, Andersen CY, Anderson R, Braw-Tal R,
Clarke H, Gougeon A, McLaughlin E, McLaren A, McNatty K, Schatten G, Silber S, A Tsafriri On
regenerating the ovary and generating controversy Cell 122, 821-822
Ushijama H (2005) Application study of developmental engineering for livestock production J Reprod
Devel 51, 15-22
Vassena R, Miyara F and K Latham (2005) Maternal pronuclear influence in mouse embryonic gene
expression 38º Annual Meeting, SSR july 24-27
Willadsen SM (1981) Micromanipulation of embryos of the large domestic species In: Mammalian Egg
Transfer Florida: CRC Press, 185-210
Willadsen SM and C Polge (1981) Attempts to produce monozygotic quadruplets in cattle by
blastomere separation Vet Rec 108, 211-213
Williams TJ, Elsden RP, GE Seidel (1982) Identical twin bovine pregnancies derived from bisected
embryos Theriogenology 17, 114
Williams TJ, Elsden RP, Seidel GE, JM Massey (1983) Bisecting bovine embryos: Methods,
Applications and Sucess Rates Proc Ann Con AJET in Beef Cattle, Denver