Gli scienziati stanno cercando di ingravidare mucche con embrioni sintetici

È possibile creare animali senza sperma o ovuli? La risposta potrebbe stravolgere le nostre idee su cosa sia la vita.

Era una fredda mattina nell’unità didattica di Gainesville, in Florida, e la vacca numero 307 si dimenava nella sua culla di metallo mentre il braccio di uno studente appollaiato su uno sgabello scompariva nella sua cervice. Il braccio teneva una bottiglia d’acqua.

Altri sette animali si trovavano nelle vicinanze, dietro una ringhiera; a breve sarebbe stato il loro turno. Non appena il contenuto dell’utero del n. 307 fu versato in un secchio, un operaio lo portò di corsa in un piccolo laboratorio allestito sotto i frontoni ondulati della stalla.

“È qualcosa!”, ha detto un postdoc di nome Hao Ming, vestito con una tuta blu e stivali da letame, mentre raccoglieva un ciuffo di tessuto rosa sotto la lente di un microscopio. Ma poi ha fatto un passo indietro, non altrettanto sicuro. “È difficile da dire”.

L’esperimento, condotto presso l’Università della Florida, è un tentativo di creare un animale di grandi dimensioni partendo solo da cellule staminali: niente ovuli, niente sperma e niente concepimento. Una settimana prima, “embrioni sintetici”, strutture artificiali create in laboratorio, erano stati trasferiti negli uteri di tutte e otto le mucche. Ora era il momento di vedere cosa era cresciuto.

Circa un decennio fa, i biologi hanno iniziato a osservare che le cellule staminali, lasciate da sole in un contenitore di plastica murato, si autoassemblano spontaneamente e cercano di creare un embrione. Queste strutture, talvolta chiamate “modelli di embrione” o embrioni, sono diventate gradualmente sempre più realistiche. Nel 2022, un laboratorio in Israele ha fatto crescere la versione per topi in un barattolo fino alla comparsa di pieghe craniche e di un cuore pulsante.

Al centro della Florida, i ricercatori stanno ora cercando di andare fino in fondo. Vogliono creare un animale vivo. Se ci riuscissero, non sarebbe solo un modo totalmente nuovo di allevare il bestiame. Potrebbe scuotere la nostra idea di cosa sia la vita. “Non c’è mai stata una nascita senza uovo”, dice Zongliang “Carl” Jiang, il biologo riproduttivo a capo del progetto. “Tutti dicono che è così bello, così importante, ma mostratemi più dati, mostratemi che può portare a una gravidanza. Questo è il nostro obiettivo”.

Per ora il successo non è certo, soprattutto perché gli embrioni generati in laboratorio dalle cellule staminali non sono ancora esattamente come quelli veri. Assomigliano più a un embrione visto attraverso uno specchio a forma di luna park: le parti giuste, ma nelle proporzioni sbagliate. Per questo motivo vengono eliminati dopo appena una settimana, in modo che i ricercatori possano controllare quanto sono cresciuti e imparare a crearne di migliori.

“Le cellule staminali sono così intelligenti che sanno qual è il loro destino”, dice Jiang. “Ma hanno anche bisogno di aiuto”.

Finora, la maggior parte della ricerca sugli embrioni sintetici ha coinvolto cellule umane o di topo ed è rimasta in laboratorio. Ma l’anno scorso Jiang, insieme a ricercatori del Texas, ha pubblicato una ricetta per realizzare una versione bovina, che hanno chiamato “blastoidi bovini” per la loro somiglianza con le blastocisti, lo stadio dell’embrione adatto alle procedure di FIV. 

Alcuni ricercatori pensano che gli animali con cellule staminali potrebbero diventare un problema come la pecora Dolly, la cui nascita nel 1996 ha portato la tecnologia della clonazione nelle aie. La clonazione, in cui una cellula adulta viene inserita in un uovo, ha permesso agli scienziati di copiare topi, bovini, cani da compagnia e persino pony da polo. I giocatori di una squadra argentina cavalcano tutti cloni della stessa cavalla campione, chiamata Dolfina.

Anche gli embrioni sintetici sono cloni delle cellule di partenza da cui vengono coltivati. Ma vengono prodotti senza bisogno di ovuli e possono essere creati in un numero molto più elevato, in teoria decine di migliaia. Ed è questo che potrebbe rivoluzionare l’allevamento del bestiame. Immaginate che i vitelli di ogni anno siano tutti copie del manzo più muscoloso del mondo, perfettamente progettato per trasformare l’erba in bistecca.

“Mi piacerebbe che questa diventasse la clonazione 2.0”, afferma Carlos Pinzón-Arteaga, il veterinario che ha guidato il lavoro di laboratorio in Texas. “È come Guerre Stellari con le mucche”.

Specie in pericolo

L’industria ha iniziato a girarci intorno. Una società chiamata Genus PLC, specializzata nella riproduzione assistita di suini e bovini “geneticamente superiori”, ha iniziato ad acquistare brevetti sugli embrioni sintetici. Quest’anno ha iniziato a finanziare il laboratorio di Jiang per sostenere i suoi sforzi, bloccando un’opzione commerciale per qualsiasi scoperta possa fare.

Anche gli zoo sono interessati. Per molti animali in via di estinzione, la riproduzione assistita è difficile. E con quelli estinti di recente è impossibile. Tutto ciò che rimane è un tessuto in un congelatore. Ma questa tecnologia potrebbe, in teoria, ridare vita a questi esemplari, trasformandoli in embrioni che potrebbero essere portati a termine in un surrogato di una specie sorella.

Ma c’è un motivo ancora più grande – e più strano – per prestare attenzione allo sforzo di Jiang di creare un vitello: diversi laboratori stanno creando embrioni umani sintetici super-realistici. Si tratta di un’arena eticamente carica, soprattutto alla luce dei recenti cambiamenti nelle leggi statunitensi sull’aborto. Sebbene questi embrioni umani siano considerati non vitali – semplici “modelli” da utilizzare per la ricerca – tutto ciò potrebbe cambiare rapidamente se il progetto della Florida dovesse avere successo.

“Se può funzionare in un animale, può funzionare anche nell’uomo”, afferma Pinzón-Arteaga, che ora lavora alla Harvard Medical School. “E questo è l’episodio di Black Mirror“.

Embrioni industriali

Tre settimane prima che la mucca n. 307 si presentasse al banco degli imputati, a lei e ad altre sette giovenche erano stati somministrati ormoni stimolanti, per indurre il loro corpo a pensare di essere incinta. In seguito, gli studenti di Jiang avevano caricato dei blastoidi in una cannuccia che usavano come una pistola a scoppio per spararli verso gli ovidotti di ciascun animale.

Molti ricercatori pensano che se nascerà un animale con cellule staminali, il primo sarà probabilmente un topo. I topi sono economici da lavorare e si riproducono velocemente. Un’équipe ha già coltivato un embrione di topo sintetico per otto giorni in un utero artificiale: un passo importante, visto che la gravidanza di un topo dura solo tre settimane.

Ma i bovini potrebbero non essere molto lontani. Esiste una grande industria della riproduzione assistita nei bovini, con oltre un milione di tentativi di FIV all’anno, la metà dei quali in Nord America. Molti altri bovini da carne e da latte vengono inseminati artificialmente con lo sperma di tori di alto livello. “Il bestiame è più difficile”, dice Jiang. “Ma abbiamo tutta la tecnologia necessaria”.

La cosa che uscì dalla mucca n. 307 si rivelò danneggiata, solo un frammento. Ma più tardi, nel laboratorio principale di Jiang, gli studenti camminavano veloci sul linoleum tenendo in mano qualcosa in una capsula di Petri. Avevano recuperato strutture embrionali intatte da alcune delle altre mucche. Sembravano lunghe e filiformi, come vermi o la pelle rilasciata da un serpente in miniatura.

Questo è esattamente l’aspetto che dovrebbe avere un embrione bovino di due settimane. Ma l’aspetto esteriore è ingannevole, dice Jiang. Dopo l’aggiunta di sostanze chimiche coloranti, i campioni vengono messi al microscopio. A quel punto il disordine al loro interno è evidente. Queste “strutture allungate”, come le chiama Jiang, hanno le parti giuste – le cellule del disco embrionale e la placenta – ma nulla è al posto giusto.

“Non li chiamerei ancora embrioni, perché non possiamo ancora dire se sono sani o meno”, dice. “Questi lignaggi ci sono, ma sono disorganizzati”.

Clonazione 2.0

Jiang ha mostrato come i blastoidi vengono coltivati in una piastra di plastica nel suo laboratorio. Per prima cosa, i suoi studenti depositano le cellule staminali in tubi stretti. In un ambiente confinato, le cellule iniziano a comunicare e molto rapidamente cercano di formare un blastoide. “Possiamo generare centinaia di migliaia di blastoidi. Si tratta di un processo industriale”, spiega. “È davvero semplice”.

Questa scalabilità è ciò che potrebbe rendere i blastoidi un potente sostituto della tecnologia di clonazione. La clonazione dei bovini è ancora un processo complicato, che può essere gestito solo da tecnici esperti, e richiede anche uova, che provengono dai macelli. Ma a differenza dei blastoidi, la clonazione è ben consolidata e funziona davvero, afferma Cody Kime, direttore della ricerca e sviluppo della Trans Ova Genetics, a Sioux Center, Iowa. Ogni anno, la sua azienda clona migliaia di suini e centinaia di bovini premiati.

“Molte persone vorrebbero vedere un modo per amplificare gli animali migliori nel modo più semplice possibile”, dice Kime. “Ma i blastoidi non sono ancora funzionali. L’espressione genica è aberrante fino al punto di fallire del tutto. Gli embrioni hanno un aspetto sfocato, come se qualcuno li avesse scolpiti con la farina d’avena o con il pongo. Non è la cosa bella che ci si aspetta. Mancano i dettagli più fini”.

Processo dell’immacolata concezione

Come i ricercatori stanno cercando di trasformare le cellule staminali in animali

Questa primavera, Jiang ha scoperto che il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti condivideva questo scetticismo, quando ha respinto la sua richiesta di finanziamento di 650.000 dollari.  “Ho ricevuto critiche: ‘oh, non funzionerà’. Che si tratta di un progetto ad alto rischio e a bassa efficienza”, ha dichiarato. “Ma per me questo cambierebbe l’intero programma di allevamento”.

Un problema potrebbe essere rappresentato dalle cellule di partenza. Jiang utilizza cellule staminali embrionali bovine, prelevate da embrioni di bovini. Ma queste cellule staminali non sono così versatili come dovrebbero essere. Per esempio, per creare i primi blastoidi bovini, il team texano ha dovuto aggiungere un secondo tipo di cellula, in grado di produrre una placenta.

Sono invece necessarie cellule “naïve” appositamente preparate per formare l’intero conceptus, sia l’embrione che la placenta. Jiang mi ha mostrato un PowerPoint con un’ampia griglia di diversi fattori di crescita e condizioni di laboratorio che sta testando. La coltivazione delle cellule staminali con sostanze chimiche diverse può modificare lo schema dei geni che vengono attivati. L’ultimo lotto di blastoidi, dice, è stato prodotto con una ricetta più recente e ha richiesto di iniziare con un solo tipo di cellule.

Mattatoio

Jiang non sa dire quanto tempo passerà prima di avere un vitello. Il suo obiettivo immediato è una gravidanza che duri 30 giorni. Se un embrione sintetico può crescere così a lungo, pensa, potrebbe andare fino in fondo, dato che “la maggior parte delle perdite di gravidanza nei bovini avviene nel primo mese”.

Per un progetto volto a reinventare la riproduzione, il budget di Jiang non è particolarmente elevato e si preoccupa dei 2 dollari al giorno necessari per nutrire ciascuna delle sue mucche. Durante una visita al dipartimento di scienze animali dell’UFL, ha aperto la porta di una sala di macellazione, uno spazio a volta con binari e catene sopra la testa, dove un uomo con una giacca a vento azionava un tubo. C’era odore di sangue appena pulito.

È qui che è finita la vacca n. 307. Dopo circa 20 trasferimenti di embrioni nell’arco di tre anni, la sua cervice si è consumata ed è arrivata qui. È stata macellata, la sua carne è stata confezionata ed etichettata e venduta al pubblico a prezzi di mercato in un piccolo negozio all’ingresso dell’edificio. Per tutti i membri dell’università è importante che i soggetti della ricerca non vengano sprecati. “Sono cibo”, dice Jiang.

Ma c’è ancora un limite al numero di vacche che può utilizzare. Aveva 18 giovenche fresche pronte a partecipare all’esperimento, ma se solo l’1% degli embrioni si sviluppasse correttamente? Ciò significa che avrebbe bisogno di 100 madri surrogate per vedere qualcosa. Questo ricorda a Jiang i primi tentativi di clonazione: la pecora Dolly è stato uno dei 277 tentativi, mentre gli altri non sono andati a buon fine. “La tempistica potrebbe dipendere dall’industria. Hanno molti animali. Potrebbero volerci 30 anni senza di loro”, dice.

“Sarà difficile”, concorda Peter Hansen, illustre professore del dipartimento di Jiang. “Ma chi lo farà per primo…”. Lascia cadere il pensiero. “La riproduzione in vitro è la prossima grande cosa”.

Domanda umana

I bovini non sono l’unica specie in cui i ricercatori stanno verificando il potenziale degli embrioni sintetici di continuare a svilupparsi in feti. In Cina i ricercatori hanno trapiantato più volte embrioni sintetici nell’utero delle scimmie. Un rapporto del 2023 ha rilevato che i trapianti hanno provocato segnali ormonali di gravidanza, anche se non è emerso alcun feto di scimmia.

Poiché le scimmie sono primati, come noi, questi esperimenti sollevano una domanda ovvia: un laboratorio da qualche parte cercherà di trasferire un embrione sintetico in una persona? In molti Paesi ciò sarebbe illegale e i gruppi scientifici sostengono che un simile esperimento dovrebbe essere severamente vietato.

Quest’estate, i leader della ricerca sono stati allarmati dalla frenesia dei media che hanno riferito di modelli super-realistici di embrioni umani creati in laboratori nel Regno Unito e in Israele, alcuni dei quali sembravano essere imitazioni quasi perfette. Per sedare le speculazioni, a giugno la Società Internazionale per la Ricerca sulle Cellule Staminali, un potente gruppo scientifico e di lobbying, ha rilasciato una dichiarazione in cui affermava che i modelli “non sono embrioni” e che “non possono e non si potranno svilupparsi fino all’equivalente degli esseri umani in fase postnatale”.

Alcuni ricercatori temono che si tratti di un’affermazione azzardata. Questo perché l’affermazione verrebbe smentita, dal punto di vista biologico, non appena nascerà un qualsiasi tipo di animale con cellule staminali. E molti scienziati di alto livello si aspettano che ciò accada. “Penso che ci sia un percorso. Soprattutto nei topi, credo che ci arriveremo”, afferma Jun Wu, a capo del gruppo di ricerca dell’UT Southwestern Medical Center di Dallas che ha collaborato con Jiang. “La domanda è: se questo accade, come gestiremo una tecnologia simile negli esseri umani?”.

Jiang afferma di non pensare che qualcuno possa creare una persona a partire dalle cellule staminali. E di certo non è interessato a farlo. È solo un ricercatore di bestiame presso un dipartimento di scienze animali. “Gli scienziati appartengono alla società e dobbiamo seguire le linee guida etiche. Quindi non possiamo farlo. Non è permesso”, dice. “Ma nei grandi animali è permesso. Siamo incoraggiati. E quindi possiamo farlo”.