p Pesquisadores da Medicine By Design da University of Toronto projetaram uma nova plataforma para estudar os primeiros estágios do desenvolvimento humano no laboratório, puxando a cortina dos principais processos biológicos que até agora ocorreram dentro do útero, além do olhar dos cientistas. p Considerado o primeiro de seu tipo no Canadá, a tecnologia permite que as células-tronco embrionárias humanas se auto-organizem em uma estrutura com características semelhantes às do embrião, incluindo os primeiros precursores de órgãos como o cérebro, o coração e o fígado.

p Os pesquisadores que buscam tratar doenças aproveitando a capacidade do corpo humano de auto-renovação há muito buscam entender esses processos porque acreditam que eles possuem percepções que podem ser críticas para o avanço de novas terapias de medicina regenerativa. Mas obstáculos técnicos, preocupações éticas e restrições legais os impediram de estudar esses estágios cruciais de desenvolvimento em embriões humanos no laboratório. É por isso que os pesquisadores estão se voltando para a bioengenharia de células-tronco em busca de respostas.

p "Uma vez que é um artificial, ambiente de engenharia que pode imitar alguns dos princípios fundamentais de organização que consideramos importantes para o desenvolvimento do embrião humano, nossa plataforma tem o potencial de aliviar alguns dos desafios associados ao estudo de embriões humanos no laboratório e fornecer dicas muito úteis sobre como começam os estágios iniciais do desenvolvimento humano, "disse Mukul Tewary, um candidato a PhD no Instituto de Biomateriais e Engenharia Biomédica da U of T (IBBME). Ele é o autor principal de um artigo que descreve a plataforma que aparecerá em novembro em uma edição especial da Desenvolvimento e foi pré-publicado no site da revista.

p "Saber disso não pode apenas nos dar uma visão do ponto de vista da biologia básica sobre como viemos a ser, mas também fornecem informações importantes que podem ser muito valiosas no campo da medicina regenerativa como um todo, "disse Tewary.

p Embora alguns estudos nos EUA tenham demonstrado anteriormente padrões de embriões "sintéticos", A plataforma da Tewary avança a tecnologia de maneiras importantes que ele acredita que permitirão aos pesquisadores começar a testar suposições que fizeram sobre a biologia do desenvolvimento humano inicial com base em estudos animais e modelagem matemática. Em última análise, os pesquisadores esperam que esta informação possa aproximá-los de um objetivo de longa data da medicina regenerativa:usar células-tronco para cultivar novos tecidos e órgãos em laboratório para substituir aqueles que foram danificados por doenças.

p Mas cientistas, os especialistas em ética e os formuladores de políticas terão que navegar pelas questões espinhosas que essas novas plataformas estão levantando. "Até recentemente, isso não era algo que os bioeticistas sequer haviam considerado, "disse Tewary.

p Estruturas semelhantes a embriões humanos não têm potencial para se desenvolver em seres humanos porque surgem de uma folha de células-tronco embrionárias humanas, em vez de um óvulo fertilizado por um espermatozóide. Apesar disso, seu advento desafia nossa definição do que é um embrião.

p Até recentemente, não era tecnicamente possível para os pesquisadores manter embriões humanos vivos em um prato além do ponto em que normalmente se implantariam no útero - cerca de sete dias após a fertilização. Mesmo se eles pudessem permanecer viáveis ​​após este ponto, um consenso legal e regulatório internacional com décadas de existência, consagrado no Canadá na Lei de Reprodução Humana Assistida, proíbe os cientistas de cultivar embriões humanos intactos no laboratório por mais de 14 dias. É quando o embrião começa a se auto-organizar ao longo de um eixo da cabeça à cauda conhecido como linha primitiva, e logo antes da gastrulação, quando o disco de células de uma única camada, denominado epiblasto, forma três camadas distintas que eventualmente se tornam diferentes tipos de órgãos.

p Bioeticistas e cientistas estabeleceram-se no limite de 14 dias porque queriam parar o crescimento de embriões criados em laboratório antes que os precursores das células cerebrais pudessem sequer começar a se formar, contornar debates sobre quando começam a consciência e a capacidade de sentir dor.

p Avanços recentes estão permitindo que os cientistas cultivem embriões humanos em um prato por longos períodos de tempo, pouco menos de 14 dias. Este desenvolvimento, junto com a criação de plataformas de engenharia que dão origem a células-tronco derivadas, estruturas semelhantes a embriões, colocaram a biologia do desenvolvimento humano em rota de colisão com a 'regra dos 14 dias', "um comentário do ano passado na Nature alertou. Ou, como uma manchete recente da MIT Review of Technology colocou, "Embriões humanos artificiais estão chegando, e ninguém sabe como lidar com eles. "

p Os cientistas ainda não chegaram lá, mas os avanços estão acontecendo rapidamente. Nos últimos três anos, várias equipes de pesquisa modelaram o desenvolvimento embrionário inicial em laboratório, colocando células-tronco embrionárias humanas em superfícies micro-padronizadas, que lhes permite controlar onde e como as células se fixam. Eles então usaram meios diferentes para induzir o crescimento e a diferenciação.

p A plataforma desenvolvida por Tewary e colegas nos laboratórios do professor universitário Peter Zandstra e do professor associado do IBBME Rodrigo Fernandez-Gonzalez melhora esse trabalho de duas maneiras. A equipe de pesquisa usou litografia de luz ultravioleta para transferir micropadrões para uma placa coberta de polímero, aumentando a eficiência e robustez do processo de padronização em comparação com outras técnicas. E ao contrário de outras plataformas, o deles é de alto rendimento, permitindo-lhes criar muitos milhares de estruturas semelhantes a embriões e testar suas respostas a uma variedade de condições diferentes em cada experimento.

p Ambas as inovações permitiram que eles identificassem com maior precisão os sinais e pistas que impulsionam o desenvolvimento inicial em embriões humanos. Tewary agora está examinando como outros eventos de desenvolvimento, como padrões neurais, pode ser persuadido para fora do sistema. Eles podem fornecer informações sobre a gastrulação, que acontece cerca de 14 dias após a fertilização, levantando questões sobre como equilibrar considerações éticas e legais com descobertas que poderiam transformar fundamentalmente a ciência e a medicina.

p À medida que essas plataformas projetadas se tornam mais sofisticadas, pesquisadores e bioeticistas levantaram preocupações de que as regras atuais sobre a pesquisa com embriões podem ser inadequadas para o que pode estar por vir, especialmente se estruturas semelhantes a embriões derivadas de células-tronco começarem a exibir características que emergem em embriões humanos bem após os primeiros 14 dias de desenvolvimento.

p Alguns estão pedindo uma ampla discussão internacional sobre se a regra dos 14 dias deve ser revisada. Ano passado, a International Society for Stem Cell Research atualizou suas diretrizes sobre a pesquisa com células-tronco para "reconhecer que o desenvolvimento de modelos in vitro cada vez mais complexos dos estágios iniciais do desenvolvimento humano deve passar por uma revisão especializada".

p Outros argumentam que simplesmente ajustar a regra dos 14 dias pode não ser suficiente. No início deste ano, pesquisadores da Harvard Medical School e da University of Groningen argumentaram que tentar prevenir o surgimento de "características moralmente preocupantes" com base em marcos de desenvolvimento, como a linhagem primitiva, não abordará adequadamente estruturas semelhantes a embriões que podem pular etapas ou desenvolver-se ao longo de diferentes Linhas do tempo. Eles sugeriram, em vez de, que os limites éticos devem "ser baseados o mais diretamente possível na geração de tais recursos, "com pesquisadores e bioeticistas trabalhando juntos para desenvolver as regras.

p Mas mesmo quando um consenso é alcançado, qualquer mudança pode levar anos para ser feita, dada a colcha de retalhos internacional de leis e diretrizes científicas que regem a pesquisa com embriões.

p Zandstra, Supervisor de Tewary, disse que está animado com os novos caminhos para responder a questões biológicas fundamentais e criar estruturas semelhantes a órgãos que esta plataforma abre, bem como as oportunidades que ele cria para uma discussão mais ampla.

p "Catalisa aspectos jurídicos interessantes e importantes, conversas sociais e éticas que são cruciais para o Canadá enfrentar e liderar, "disse Zandstra, que detém a Cátedra de Pesquisa do Canadá em Bioengenharia de células-tronco e também é diretor dos Laboratórios Michael Smith e da Escola de Engenharia Biomédica da Universidade de British Columbia. "Como bioengenheiro, não há muito mais que você possa pedir de um projeto. "

p A edição especial de Desenvolvimento comemorando o 100º aniversário da publicação de D'Arcy Thompson Sobre crescimento e forma , um livro seminal sobre a aplicação da matemática à biologia, será publicado em 28 de novembro.