STD, 25/08/2022
Por Caltech
Os cientistas criaram embriões modelo de camundongos a partir de células-tronco que têm corações pulsantes, bem como as bases para um cérebro e todos os outros órgãos do corpo do camundongo. As células-tronco são as células mestras do corpo, que podem se desenvolver em quase qualquer tipo de célula do corpo. O trabalho foi feito por pesquisadores da Universidade de Cambridge e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech).
Os resultados são o culminar de mais de 10 anos de pesquisa e podem ajudar os cientistas a entender por que alguns embriões falham enquanto outros se desenvolvem em fetos como parte de uma gravidez saudável. Além disso, os resultados podem ser usados para orientar o reparo e o desenvolvimento de órgãos humanos sintéticos para transplante.
Um artigo descrevendo o avanço aparece hoje (25 de agosto) na revista Nature. A pesquisa foi realizada no laboratório de Magdalena Zernicka-Goetz, professora Bren de Biologia e Engenharia Biológica da Caltech. Zernicka-Goetz também é professora de desenvolvimento de mamíferos e biologia de células-tronco no Departamento de Fisiologia, Desenvolvimento e Neurociência de Cambridge.
Nenhum esperma ou óvulo foi usado no desenvolvimento do modelo de embrião. Em vez disso, guiando os três tipos diferentes de células-tronco presentes no desenvolvimento inicial dos mamíferos até o estágio em que começam a interagir, os pesquisadores conseguiram imitar os processos naturais em laboratório. Os cientistas conseguiram fazer com que as células-tronco “falassem” umas com as outras induzindo a expressão de um conjunto específico de genes e estabelecendo um ambiente único para suas interações.
Com o tempo, as células-tronco se auto-organizaram em estruturas que progrediram através dos sucessivos estágios de desenvolvimento até que os embriões sintéticos tivessem corações pulsantes e as bases para um cérebro. Eles tinham até o saco vitelino onde o embrião se desenvolve e do qual recebe nutrientes nas primeiras semanas. Este é o estágio mais avançado de desenvolvimento alcançado até hoje em um modelo derivado de células-tronco.
Um grande avanço nesta pesquisa é a capacidade de gerar todo o cérebro, em especial a região anterior, que tem sido um “santo graal” no desenvolvimento de embriões sintéticos.
“Isso abre novas possibilidades para estudar os mecanismos do neurodesenvolvimento em um modelo experimental”, diz Zernicka-Goetz. “De fato, demonstramos a comprovação desse princípio no artigo ao nocautear um gene já conhecido por ser essencial para a formação do tubo neural, precursor do sistema nervoso, e para o desenvolvimento do cérebro e dos olhos. Na ausência desse gene, os embriões sintéticos apresentam exatamente os defeitos conhecidos no desenvolvimento cerebral como em um animal portador dessa mutação. Isso significa que podemos começar a aplicar esse tipo de abordagem aos muitos genes com função desconhecida no desenvolvimento do cérebro”.
“Nosso modelo de embrião de camundongo não apenas desenvolve um cérebro, mas também um coração pulsante, todos os componentes que compõem o corpo”, explica ela. “É simplesmente inacreditável que chegamos tão longe. Este tem sido o sonho da nossa comunidade por anos e o foco principal do nosso trabalho por uma década, e finalmente conseguimos.”
Para que um embrião humano se desenvolva com sucesso, é necessário que haja um “diálogo” entre os tecidos que se tornarão o embrião e os tecidos que conectarão o embrião à mãe. Na primeira semana após a fertilização, três tipos de células-tronco se desenvolvem: uma se tornará os tecidos do corpo e as outras duas apoiarão o desenvolvimento do embrião. Um desses dois últimos tipos, conhecidos como células-tronco extraembrionárias, se tornará a placenta, que conecta o feto à mãe e fornece oxigênio e nutrientes. O outro se tornará o saco vitelino, onde o embrião cresce e do qual recebe nutrientes no início do desenvolvimento.
Muitas gestações falham no momento em que os três tipos de células-tronco começam a enviar sinais mecânicos e químicos entre si, que dizem ao embrião como se desenvolver adequadamente.
“Este período inicial é a base para tudo o que se segue na gravidez”, diz Zernicka-Goetz. “Se der errado, a gravidez falhará.”
Na última década, a equipe de Zernicka-Goetz tem investigado esses estágios iniciais da gravidez para entender por que algumas gestações falham e outras são bem-sucedidas.
“O modelo de embrião de células-tronco é importante porque nos dá acessibilidade à estrutura em desenvolvimento em um estágio que normalmente está escondido de nós devido à implantação do pequeno embrião no útero da mãe”, diz Zernicka-Goetz. “Essa acessibilidade nos permite manipular genes para entender seus papéis de desenvolvimento em um sistema experimental modelo.”
Para orientar o desenvolvimento de seu embrião sintético, os cientistas reuniram células-tronco cultivadas representando cada um dos três tipos de tecido. Eles permitiram que eles se desenvolvessem em proporções e um ambiente propício ao seu crescimento e comunicação uns com os outros, levando à sua eventual automontagem em um embrião.
Os pesquisadores descobriram que as células extraembrionárias sinalizam para as células embrionárias por meio de sinais químicos, mas também mecanicamente, ou através do toque, orientando o desenvolvimento do embrião.
“Esse período da vida humana é tão misterioso, então poder ver como isso acontece em um prato – ter acesso a essas células-tronco individuais, entender por que tantas gestações falham e como podemos evitar que isso aconteça – é bastante especial”, diz Zernicka-Goetz. “Analisamos o diálogo que deve acontecer entre os diferentes tipos de células-tronco naquele momento – mostramos como isso ocorre e como pode dar errado.”
Enquanto a pesquisa atual foi realizada em modelos de camundongos, os cientistas estão desenvolvendo um modelo análogo para o desenvolvimento de embriões humanos para entender os mecanismos por trás de processos cruciais que seriam impossíveis de estudar em embriões reais.
Se esses métodos se mostrarem bem-sucedidos com células-tronco humanas no futuro, eles também poderão ser usados para orientar o desenvolvimento de órgãos sintéticos para pacientes que aguardam transplantes. “Há tantas pessoas ao redor do mundo que esperam anos por transplantes de órgãos”, diz Zernicka-Goetz. “O que torna nosso trabalho tão empolgante é que o conhecimento dele pode ser usado para cultivar órgãos humanos sintéticos corretos para salvar vidas que estão atualmente perdidas. Também deve ser possível afetar e curar órgãos adultos usando o conhecimento que temos sobre como eles são feitos.”
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