Pesquisadores da Universidade de Cambridge e da Caltech criaram embriões modelo de camundongo a partir de células-tronco – as células mestras do corpo, que podem se desenvolver em quase qualquer tipo de célula do corpo – que têm corações pulsantes, bem como as bases para um cérebro e todos os outros. os outros órgãos do corpo do rato.
Os resultados são o culminar de mais de uma década de pesquisa e podem ajudar os pesquisadores 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.

A pesquisa foi realizada no laboratório de Magdalena Zernicka-Goetz, professora Bren de Biologia e Engenharia Biológica do Caltech. Zernicka-Goetz também é professor de desenvolvimento de mamíferos e biologia de células-tronco no Departamento de Fisiologia, Desenvolvimento e Neurociência de Cambridge. Um artigo descrevendo o avanço aparece na revista Nature em 25 de agosto.

O modelo de embrião foi desenvolvido sem óvulos ou espermatozóides. Em vez disso, os pesquisadores imitaram os processos naturais no laboratório, guiando os três tipos de células-tronco encontradas no desenvolvimento inicial dos mamíferos até o ponto em que começam a interagir. Ao induzir a expressão de um conjunto específico de genes e estabelecer um ambiente único para suas interações, os pesquisadores conseguiram fazer com que as células-tronco “falassem” umas com as outras.

As células-tronco se auto-organizaram em estruturas que progrediram pelos sucessivos estágios de desenvolvimento até que os embriões sintéticos tivessem corações pulsantes e as bases para um cérebro, além do 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 neste estudo 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 mostram exatamente os defeitos conhecidos no desenvolvimento do cérebro 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 tenhamos chegado tão longe. Este tem sido o sonho de nossa comunidade por anos e o foco principal de 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 vai falhar."

Ao longo da última década, a equipe de Zernicka-Goetz estudou 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 oculto 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 pesquisadores reuniram células-tronco cultivadas representando cada um dos três tipos de tecido e permitiram que eles se desenvolvessem em proporções e um ambiente propício ao seu crescimento e comunicação entre si, levando à sua eventual auto-autorização. montagem em embrião.

Os pesquisadores descobriram que as células extraembrionárias sinalizam para as células embrionárias através 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 muito 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 pesquisadores 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 que sai 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 são feitos."

O artigo é intitulado "Embriões de camundongos derivados de células-tronco se desenvolvem dentro de um saco vitelino extra-embrionário para formar regiões cerebrais anteriores e um coração pulsante". Os co-primeiros autores são Gianluca Amadei e Charlotte Handford da Universidade de Cambridge. + Explorar mais

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