p Adicionar ou remover água de uma célula-tronco pode mudar o destino da célula, pesquisadores descobriram em um novo estudo publicado ontem no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) p A pesquisa descobriu que alterar o volume de uma célula mudou sua dinâmica interna, incluindo a rigidez da matriz que reveste a superfície externa. Em células-tronco, remover a água condensa a célula, influenciando as células-tronco a se tornarem células pré-ósseas rígidas, enquanto a adição de água faz com que as células inchem, formando células pré-gordurosas moles.

p Os pesquisadores há muito entenderam que as células-tronco são influenciadas pelas células ao seu redor, captar dicas sobre qual deve ser sua função com base na rigidez das matrizes das células vizinhas.

p Os resultados, Contudo, confirmam que a natureza desempenha um papel tão importante quanto a nutrição no comportamento e no desenvolvimento das células-tronco.

p "As descobertas deste estudo adicionam uma ferramenta nova e fascinante à nossa compreensão e utilização da biologia das células-tronco para a medicina regenerativa, "diz Praveen Arany, DDS, PhD, co-autor e professor assistente do Departamento de Biologia Oral da University at Buffalo School of Dental Medicine.

p O estudo foi liderado por Ming Guo, PhD, d'Arbeloff Professor Assistente no Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts; e David Weitz, PhD, Mallinckrodt Professor de Física e Física Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson da Universidade de Harvard.

p "Pela primeira vez, estamos começando a entender a importância do volume celular e do conteúdo de água celular nas propriedades mecânicas e funções fisiológicas das células, "diz Guo, que começou a pesquisa como estudante de graduação no laboratório de Weitz em Harvard.

p A linha entre osso e gordura

p A pesquisa originalmente buscou compreender os efeitos do volume nas características e funções de uma célula. O volume da célula é altamente regulado e muda frequentemente ao longo da vida de uma célula, aumentando à medida que a célula cresce e diminuindo quando se divide.

p Essas mudanças no volume são resultado de variações na quantidade de proteína, DNA e outros materiais dentro da célula, embora eles permaneçam principalmente constantes. Mas as células também podem experimentar mudanças rápidas e extremas de tamanho e densidade por meio da absorção ou liberação de água, espalhando ou encolhendo em apenas 20 minutos.

p Ao aumentar ou diminuir o volume das células em 20 por cento, os investigadores descobriram que as células experimentaram várias mudanças internas, incluindo na expressão gênica e rigidez.

p Sabendo o papel que a rigidez celular desempenha no desenvolvimento de células-tronco, os pesquisadores começaram a se perguntar se o volume celular também poderia afetar seu destino.

p Para testar a premissa, os investigadores colocaram células-tronco em seu volume normal em um substrato de hidrogel endurecido para simular a rigidez das células ósseas. Depois de uma semana, uma grande parte das células-tronco se desenvolveu em células pré-ósseas.

p O experimento foi repetido com um substrato de hidrogel amolecido. No ambiente mais suave, houve uma diminuição significativa no número de células-tronco que se tornaram células pré-ósseas. Contudo, quando a água foi removida das células para diminuir seu volume em 20 por cento, o número de células-tronco que se tornaram células pré-ósseas aumentou, apesar de estar no substrato mais macio.

p Um experimento semelhante foi conduzido usando vidro. Os pesquisadores colocaram células-tronco em vidro para simular um ambiente mais rígido e descobriram que poucas das células se desenvolveram em células pré-gordurosas. Só depois que o volume das células-tronco aumentou em 20% é que foi encontrado um pico na formação de células de gordura.

p Os pesquisadores descobriram que alterar o volume das células fazia com que elas se comportassem de maneira semelhante, como se estivessem sob pressões ambientais.

p "O que é surpreendente sobre esses experimentos é a observação de que o volume parece estar relacionado a muitas coisas sobre a célula. Parece ditar a rigidez da célula, bem como o destino da célula, "diz Weitz, também membro do corpo docente do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering e diretor do Materials Research Science and Engineering Center em Harvard.

p "Essas observações também podem ter implicações em meios externos de monitoramento do destino das células, o que pode ser importante para futuras aplicações de biotecnologia. "

p Estudos futuros são necessários para examinar os efeitos das variações de volume, bem como se o volume celular ou sinais externos são o fator dominante no destino das células-tronco.

p O futuro da medicina regenerativa

p As células-tronco estão na vanguarda da medicina regenerativa, fornecendo aos pesquisadores e médicos o potencial para reparar ou substituir tecidos e órgãos danificados.

p Com a capacidade de se desenvolver em qualquer tipo de célula especializada - de uma célula muscular a uma célula vermelha do sangue ou do cérebro - as células-tronco têm o potencial de tratar várias doenças e condições, de doenças cardíacas à perda de dentes. Transplante de medula óssea, uma forma de terapia com células-tronco, já está em uso generalizado.

p As células-tronco também podem ajudar no desenvolvimento de medicamentos e na compreensão de como ocorrem o câncer e os defeitos congênitos.

p Learning what causes differentiation among these cells will help researchers generate methods that influence their behavior and, em última análise, develop new therapies.

p Aside from physical cues such as cell stiffness or volume, stem cell differentiation can be influenced by a number of biological factors, pharmaceutical drugs or biophysical agents, como luz, ultrasound and radio frequencies.