Parecía que los biólogos que estudian el desarrollo de los órganos y tejidos en el embrión, ya tenían claro como se iban formando las extremidades, partiendo de un brote celular que crecía desde el tronco y se iba formando paulatinamente el antebrazo, el brazo y por último la mano. Lo mismo sucedía con la pierna y el pie. Según el modelo aceptado, al iniciarse la formación de un miembro, existía en su extremo distál una "zona progresiva" (ZP) de multiplicación celular que iba guiando el desarrollo del miembro hacia delante, hasta su total formación. La hipótesis considerada como la base de la embriología, ya estaba consolidada. Ella se aceptaba como un proceso común en el desarrollo embriológico de las extremidades de todos los animales que tenían una columna vertebral, desde una ave (ala), una ballena (aletas), un cocodrilo, un caballo y también los seres humanos.

El modelo ZP fue propuesto hace 30 años por el biólogo Lewis Wolpert de la University College de Londres, para explicar cómo a partir de un brote de células indiferenciadas se iban multiplicando y transformando de acuerdo a una estricta secuencia, formando sucesivamente las distintas partes de un ala, un brazo o una pierna. Se trataba de una hipótesis simple, elegante y aparentemente respaldada por una buena evidencia experimental, que ya nadie se atrevía a cuestionar.

Pero el año recién pasado (2002), dos equipos de investigadores independientes publicaron sus hallazgos, sugiriendo que el modelo de ZP estaba equivocado. Aunque ambos grupos insistieron que no era su intención ir contra la ortodoxia, los resultados de sus experimentos no calzaban con la teoría clásica, y pensaban que por lo tanto se requería una nueva teoría para explicarlos.

De más esta decir que el hallazgo ha tenido una fuerte reacción, ya que el modelo aceptado para entender el proceso iba más allá de la formación de los miembros, y se había propuesto como un mecanismo general para la formación de todo el organismo, desde la cabeza hasta la extremidad. Si el modelo ZP estaba equivocado, todo el desarrollo biológico debía ser repensado.


El modelo de una zona progresiva

Examinando un miembro, se puede apreciar que está dividido en tres unidades básicas: en el caso de las extremidades superiores, éstas eran: el antebrazo, el brazo y la mano. También la pierna esta conformada de acuerdo a este modelo, como con variaciones lo está también las alas del murciélago o las aletas de la ballena.

El modelo ZP describe cómo emerge éste el sistema. En el embrión del vertebrado las extremidades comienzan como un brote, formado por pequeñas protuberancias de células indiferenciadas que van creciendo progresivamente hasta que se desarrollan las tres partes del miembro. En los pollos, este proceso se inicia a los tres días de la fertilización del huevo y se demora aproximadamente una semana. En el embrión humano demora más, iniciándose a las cinco semanas y terminando a las ocho semanas.

Para el modelo ZP, la clave del proceso está en la "zona de progreso", definida como un conglomerado de células indiferenciadas que crecen rápidamente y que están ubicadas en el punto de inicio de la formación del miembro. El ZP se consideraba el motor del inicio del proceso de formación del brazo. Desde allí nuevas células se iban constantemente multiplicando y simultáneamente se iban diferenciando para llegar a formar huesos, músculos y cartílagos del miembro definitivo.

¿Pero cómo saben estas nuevas células qué parte del miembro les corresponde llegar a formar? De acuerdo al modelo ZP, todo sería cuestión de tiempo. Cada célula en la zona de progreso, tendría un reloj interno que comenzaría a funcionar tan pronto como se formara el primer brote del futuro brazo. Las nuevas células heredarían su reloj de sus células madres, pero cuando ellas fueran quedando atrás, fuera de la ZP, su reloj se detendría. En este punto se definiría el destino de la célula. Las células que tendrían un reloj programado para un tiempo corto formarían la parte proximal del miembro. En cambio aquellas que tendrían un reloj programado para un tiempo más largo, llegarían la formar las partes más distales, finalizando con la formación de la mano o garra según el caso.

La exacta naturaleza de este reloj nunca había llegado a determinar, pero de acuerdo al modelo ZP, el tic- tac del reloj obedecería a señales químicas, llamadas "factores de crecimiento de fibroblastos" (FCF). Estas substancias serían segregadas por una cresta apical de tejido especializado. Estarían ubicadas en el último extremo del brote, formando la "cresta ectodérmica apical". Este grupo de células estaría produciendo y bombeando los factores de crecimiento a las células del brote para estimular su multiplicación. La extensión de la zona de progreso estaría determinada por estos factores, ya que cuando las células iban quedando atrás, muy alejadas de la cresta, ya no las alcanzarían las señales químicas y su reloj se detendría. Esto sería algo crucial para el modelo ZP: las células se diferenciarían sólo después de haber dejado la zona de progreso.

Mucho de lo que se sabía de la formación de las extremidades, era el producto de investigaciones realizadas en embriones de pollo. De allí nació el modelo ZP. De acuerdo a estas investigaciones, los biólogos habían podido demostrar cambios dramáticos en la estructura del brazo si removían la cresta ectodérmica apical en los embriones de pollo. Cortando tempranamente la cresta se producía un miembro con un hueso superior normal, pero no continuaba la formación del resto del miembro. Era como si el reloj celular tuviese su tic-tac en un período corto. En otra experiencia, removiendo la cresta en períodos sucesivos, conseguían sucesivos desarrollos del miembro. Estos resultados se interpretaban como si el modelo constructivo sucediera pieza por pieza: primero la parte proximal del brazo, luego las partes más alejadas y finalmente la mano o el pie.


Los nuevos hallazgos

Pero ahora nuevas investigaciones cuestionan este modelo. Proponen en cambio que no existe esta zona de progreso, ni tampoco existiría un reloj, ni el miembro se formaría por sección tras sección. En cambio se postula que las células del miembro sabrían desde un comienzo que llegarían a ser. Es decir, el brote sería un pequeño miembro preformado.

El primer indicio de la nueva idea se hizo evidente en el mes de Agosto del 2002, cuando Cliffort Tabin y Andrew Dudley de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard en Boston, junto con Marian Ross de la Universidad de Cantabria en España, publicaron sus resultados en "Nature" (vol. 418, pág. 539, 2002). Tabin y sus colegas estaban investigando para conocer más del modelo ZP. En el hecho estaban tratando de definir con mayor precisión el tamaño de la zona de progreso. Para ello inyectaron un colorante permanente a progresiva profundidad en el brote del miembro del embrión de pollo de tres días de edad. En esta forma dejaron huellas indicadoras en las células progresivamente más alejadas de la cresta epidérmica apical.

De acuerdo al modelo ZP se podía predecir que puesto el colorante en cualquier parte de la zona de progreso, éste debería esparcirse a todo el miembro en la medida que proliferaban las células. Tobin esperaba usar esta técnica para encontrar dónde estaba el borde de la zona de progreso. ¿Cuán profunda la capa de colorante tendría que estar como para que no se siguiera distribuyendo en el miembro ya terminado?

Pero lo que observó fue una sorpresa. Independiente de la profundidad, el colorante nunca se esparció a través del miembro. Por el contrario se mantuvo fijo en el lugar. Cuando marcaron células cerca de la punta más externa del extremo del brote del miembro, el colorante terminó en los dedos. Cuando marcó células que estaban a medio camino en la zona de progreso, el colorante terminó en el antebrazo. Parecía entonces que las células dentro de la zona de progreso, lejos de ser indiferenciadas, sabían muy bien dónde iban a terminar.

Fue un resultado muy inesperado que necesitaba otro chequeo para estar seguros. Diseñaron otro experimento, Ross durante varias etapas del desarrollo del miembro, extrajo la punta del brote del ala del embrión de pollo y las injertó en el cabo del brote que se había cortado. Encontró que las de la punta del brote, siempre producían dedos, lo que era una fuerte indicación que desde un comienzo su destino había estado sellado.

Esta especificación temprana resultaba radicalmente diferente de lo que sugería el modelo ZP. Es decir, las células del brote del miembro sabían desde un comienzo cual era su destino. Algunas estaban destinadas a formar el hombro y otras para formar la mano. De este modo las diferentes regiones se iban expandiendo, cada una a su tiempo, para llegar a formar el miembro completo.

Este modelo alternativo aún tiene importantes vacíos. En particular no dice cómo y dónde ocurre esta predestinación. El grupo de Tabin piensa que la proliferación celular toma unas pocas horas para extenderse a través del brote del miembro, comenzando el proceso con aquellas destinadas a ser hombro, aproximadamente 74 horas después de la fertilización realmente aún no sabemos cuál es el mecanismo para esto", dice Ross.

Muy pronto llegó el apoyo para este nuevo modelo. Gail Martin, biólogo de la Universidad de California en San Francisco, independientemente estaba desarrollando investigaciones cuyos resultados también ponían en duda el modelo ZP.

Martin estaba interesado en averiguar cómo el “factor de crecimiento de fibroblastos" (FCF), actuando desde la cresta ectodérmica apical, afectaba el desarrollo del miembro. Para ello creó una rata mutante en que la expresión del gene FCF4 y FCF8 (dos miembros claves de la familia FCF que actúan desde la cresta ectodérmica apical) habían sido anulados (knocked) durante el desarrollo.

De acuerdo al modelo ZP, el FCFs dan el estímulo para que funcione el reloj interno de la célula. Si se eliminan estos genes, el desarrollo del miembro se detiene.

Al comienzo, lo que encontró Martin no fue muy sorprendente: sin FCF4 y FCF8, efectivamente se detenía el desarrollo del miembro. Pero cuando por una casualidad se produjo un pulso transitorio de FCFs, se desarrollaron el codo, la mano y los dedos, pero más pequeños que lo normal. Este y otros experimentos convencieron a Martin que los FCFs no tenían nada que ver con un reloj interno de las células, pero en cambio su acción era simplemente promover la proliferación. Según él, todo esto calzaba perfectamente con el nuevo modelo Tabin: el brote del brazo contenía células precursores de las tres partes del miembro y ellas proliferaban bajo la influencia de promotores del crecimiento, los FCFs. También en Agosto del 2002 Martin publicó sus resultados, los que produjeron gran controversia Nature vol.418, pág. 501, 2002).

Pero el modelo ZP ya estaba demasiado enraizado y aceptado como verdadero por muchos biólogos, que hoy se niegan a aceptar esta nueva alternativa y por diferentes apreciaciones cuestionan los experimentos de Tabin, Dudley, Ross y también los de Martin. Es que si se descarta definitivamente el modelo ZP, sería un shock para todos los que han trabajado en el desarrollo de embrionario, ya que la hipótesis del desarrollo de las extremidades, en alguna medida se proyecta como un proceso que permite comenzar a comprender el desarrollo de todo un organismo, desde la cabeza hasta el otro extremo. No sólo tenemos que llegar a comprender el proceso de diferenciación celular para que estas lleguen a formar distintos órganos y sistemas, sino que además se necesita entender cómo las diferentes células durante el proceso de desarrollo embrionario se van desplazando hasta ubicar su situación definitiva en el embrión. Pareciera que de acuerdo a este nuevo modelo, ellas conocieran tempranamente su destino y su ubicación definitiva. ¿Quién las marca y cómo se dan las órdenes? Es algo que aún falta para llegar a entender a cabalidad el proceso de desarrollo de un embrión y en definitiva de un ser vivo.