Engenheiros biomédicos e pesquisadores médicos da UNSW Sydney fizeram descobertas independentes sobre a criação de células-tronco embrionárias que poderiam um dia eliminar a necessidade de doadores de células-tronco do sangue.
As conquistas fazem parte de um movimento na medicina regenerativa em direção ao uso de "células-tronco pluripotentes induzidas" para tratar doenças, onde as células-tronco são submetidas a engenharia reversa de células de tecidos adultos, em vez de usar embriões humanos ou animais vivos.

Mas, embora saibamos sobre as células-tronco pluripotentes induzidas desde 2006, os cientistas ainda têm muito a aprender sobre como a diferenciação celular no corpo humano pode ser imitada artificialmente e com segurança no laboratório para fornecer tratamento médico direcionado.

Dois estudos surgiram de pesquisadores da UNSW nesta área que lançam uma nova luz sobre não apenas como os precursores das células-tronco do sangue ocorrem em animais e humanos, mas como eles podem ser induzidos artificialmente.

Em um estudo publicado hoje no Cell Reports , pesquisadores da UNSW School of Biomedical Engineering demonstraram como uma simulação do batimento cardíaco de um embrião usando um dispositivo microfluídico no laboratório levou ao desenvolvimento de “precursores” de células-tronco do sangue humano, que são células-tronco prestes a se tornarem células-tronco do sangue.

E em um artigo publicado na Nature Cell Biology em julho, pesquisadores da UNSW Medicine &Health revelaram a identidade das células em embriões de camundongos responsáveis ​​pela criação de células-tronco do sangue.

Ambos os estudos são passos significativos para a compreensão de como, quando, onde e quais células estão envolvidas na criação de células-tronco sanguíneas. No futuro, esse conhecimento poderá ser usado para ajudar pacientes com câncer, entre outros, que foram submetidos a altas doses de rádio e quimioterapia, a repor suas células-tronco sanguíneas esgotadas.

Emulando o coração

No estudo detalhado em Relatórios de células , o autor principal Dr. Jingjing Li e outros pesquisadores descreveram como um sistema microfluídico de 3 cm x 3 cm bombeava células-tronco sanguíneas produzidas a partir de uma linhagem de células-tronco embrionárias para imitar o batimento cardíaco de um embrião e as condições de circulação sanguínea.

Ela disse que nas últimas décadas, engenheiros biomédicos têm tentado fazer células-tronco do sangue em pratos de laboratório para resolver o problema da escassez de células-tronco do sangue de doadores. Mas ninguém ainda foi capaz de alcançá-lo.

"Parte do problema é que ainda não entendemos completamente todos os processos que ocorrem no microambiente durante o desenvolvimento embrionário que leva à criação de células-tronco sanguíneas por volta do dia 32 do desenvolvimento embrionário", disse Li.

"Então fizemos um dispositivo que imita o batimento cardíaco e a circulação sanguínea e um sistema de agitação orbital que causa tensão de cisalhamento - ou fricção - das células do sangue à medida que se movem pelo dispositivo ou em um prato."

Esses sistemas promoveram o desenvolvimento de células-tronco sanguíneas precursoras que podem se diferenciar em vários componentes do sangue – glóbulos brancos, glóbulos vermelhos, plaquetas e outros. Eles ficaram animados ao ver esse mesmo processo - conhecido como hematopoiese - replicado no dispositivo.

O coautor do estudo, professor associado Robert Nordon, disse que ficou surpreso com o fato de o dispositivo não apenas criar precursores de células-tronco do sangue que produziram células sanguíneas diferenciadas, mas também criar as células do tecido do ambiente embrionário do coração que é crucial para esse processo. .

"O que me impressiona sobre isso é que as células-tronco do sangue, quando se formam no embrião, se formam na parede do vaso principal chamado aorta. E elas basicamente saem dessa aorta e entram na circulação, e então ir para o fígado e formar o que é chamado de hematopoiese definitiva, ou formação definitiva do sangue.

"Fazer uma aorta se formar e, em seguida, as células realmente emergindo dessa aorta para a circulação, esse é o passo crucial necessário para gerar essas células".

"O que mostramos é que podemos gerar uma célula que pode formar todos os diferentes tipos de células sanguíneas. Também mostramos que ela está intimamente relacionada às células que revestem a aorta - por isso sabemos que sua origem está correta - e que se prolifere", A/Prof. disse Nordon.

Os pesquisadores estão cautelosamente otimistas sobre sua conquista em emular condições cardíacas embrionárias com um dispositivo mecânico. Eles esperam que isso possa ser um passo para resolver os desafios que limitam os tratamentos médicos regenerativos hoje:escassez de células-tronco do sangue do doador, rejeição de células de tecido do doador e as questões éticas em torno do uso de embriões de fertilização in vitro.

"As células-tronco do sangue usadas no transplante requerem doadores com o mesmo tipo de tecido do paciente", disse A/Prof. disse Nordon.

“A fabricação de células-tronco do sangue a partir de linhas de células-tronco pluripotentes resolveria esse problema sem a necessidade de doadores compatíveis com tecidos fornecendo um suprimento abundante para tratar cânceres de sangue ou doenças genéticas”.

Dr. Li acrescentou:"Estamos trabalhando no aumento da fabricação dessas células usando biorreatores".

Mistério resolvido

Enquanto isso, e trabalhando independentemente do Dr. Li e A/Prof. Nordon, o professor John Pimanda da UNSW Medicine &Health e o Dr. Vashe Chandrakanthan estavam fazendo suas próprias pesquisas sobre como as células-tronco do sangue são criadas em embriões.

Em seu estudo com camundongos, os pesquisadores procuraram o mecanismo que é usado naturalmente em mamíferos para produzir células-tronco do sangue a partir das células que revestem os vasos sanguíneos, conhecidas como células endoteliais.

"Já se sabia que esse processo ocorre em embriões de mamíferos, onde as células endoteliais que revestem a aorta se transformam em células sanguíneas durante a hematopoiese", disse o Prof. Pimanda. "Mas a identidade das células que regulam esse processo era até agora um mistério."

Em seu artigo, o Prof. Pimanda e o Dr. Chandrakanthan descreveram como resolveram esse quebra-cabeça, identificando as células do embrião que podem converter células endoteliais embrionárias e adultas em células sanguíneas. As células - conhecidas como "células estromais PDGFRA + derivadas de Mesp1" - residem sob a aorta e apenas cercam a aorta em uma janela muito estreita durante o desenvolvimento embrionário.

Dr. Chandrakanthan disse que conhecer a identidade dessas células fornece aos pesquisadores médicos pistas sobre como as células endoteliais adultas de mamíferos podem ser acionadas para criar células-tronco sanguíneas – algo que normalmente são incapazes de fazer.

"Nossa pesquisa mostrou que quando as células endoteliais do embrião ou do adulto são misturadas com 'células estromais PDGFRA+ derivadas de Mesp1', elas começam a produzir células-tronco sanguíneas", disse ele.

Embora sejam necessárias mais pesquisas antes que isso possa ser traduzido na prática clínica – incluindo a confirmação dos resultados em células humanas – a descoberta pode fornecer uma nova ferramenta potencial para gerar células hematopoiéticas enxertáveis.

"Usar suas próprias células para gerar células-tronco do sangue pode eliminar a necessidade de transfusões de sangue de doadores ou transplantes de células-tronco. O desbloqueio de mecanismos usados ​​pela Natureza nos traz um passo mais perto de atingir esse objetivo", disse o Prof. Pimanda. + Explorar mais

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