Colônias em forma de disco mostradas com microscopia de contraste de fase (superior) e fluorescência (inferior). Entre o dia 3 e o dia 9, as células no centro da colônia crescem mais rápido e se tornam muito mais densamente compactadas. O espaço confinado leva as células no centro da colônia a se tornarem células da placa neural, enquanto as células na borda da colônia (experimentando menos confinamento) se diferenciam em células da borda da placa neural. Crédito:Xufeng Xue, Laboratório de Biomecânica e Biossistemas Integrados, Universidade de Michigan
As células-tronco embrionárias humanas podem ser guiadas para se tornarem o tecido precursor do sistema nervoso central, uma pesquisa liderada pela Universidade de Michigan demonstrou.
O novo estudo também revela o importante papel dos sinais mecânicos no desenvolvimento do sistema nervoso humano.
Ao estudar o desenvolvimento embrionário usando embriões animais pode fornecer informações úteis sobre o que acontece durante o desenvolvimento humano, embriões humanos crescem de maneira diferente, mesmo nesta fase inicial.
"Há uma necessidade crítica de estabelecer modelos de desenvolvimento embrionário usando células humanas. Eles não apenas poderiam avançar nossa compreensão fundamental do desenvolvimento humano, eles também são essenciais para a medicina regenerativa e para testar a segurança de medicamentos e produtos químicos que as mulheres grávidas podem precisar ou encontrar, "disse Jianping Fu, professor associado de engenharia mecânica, quem tem supervisionado a pesquisa.
"Pela primeira vez, somos capazes de usar células-tronco embrionárias humanas para desenvolver um modelo sintético de padronização neuroectoderme, o evento embrionário que inicia a formação do cérebro e da medula espinhal no embrião humano. "
Em humanos, as células que mais tarde se diferenciarão no sistema nervoso central (incluindo o cérebro e a medula espinhal) são conhecidas como placa neural, enquanto as que ficam entre a placa neural e as células futuras da pele são chamadas de borda da placa neural. A placa neural dobra-se sobre si mesma cerca de 28 dias após a concepção, tornando-se o tubo neural, e a borda de cada lado dele se funde ao longo de seu comprimento. Quando o tubo neural não fecha corretamente, normalmente resulta em paralisia ou morte.
Uma colônia em forma de disco em que as células da placa neural são marcadas por marcadores fluorescentes vermelhos, enquanto as células da borda da placa neural são marcadas com verde. O novo estudo sugere que as células-tronco embrionárias humanas se diferenciam em células da placa neural ou células da borda da placa neural com base em parte nos sinais físicos que percebem durante a diferenciação. Crédito:Xufeng Xue, Laboratório de Biomecânica e Biossistemas Integrados, Universidade de Michigan
"As causas exatas dos defeitos do tubo neural não são claras, e atualmente não há cura para eles. Fatores Ambientais, como certos medicamentos que mulheres grávidas tomam, pode desempenhar papéis na causa de defeitos do tubo neural, "Fu disse.
No novo estudo, A equipe de pesquisa de Fu organizou células-tronco embrionárias humanas em colônias de células circulares com formas e tamanhos definidos. As células foram então expostas a produtos químicos conhecidos por induzi-las a se diferenciar em células neurais. Durante o processo de diferenciação, células em colônias circulares se organizaram com células da placa neural no meio e células da borda da placa neural em um anel ao redor do lado externo.
"Uma vez que todas as células em uma colônia micropadronizada estão no mesmo ambiente químico, é incrível ver as células se diferenciarem autonomamente em células diferentes e se organizarem em um padrão multicelular que imita o desenvolvimento humano, "disse Xufeng Xue, um estudante de doutorado em engenharia mecânica trabalhando no grupo de pesquisa de Fu. Xue é o co-autor do artigo.
A equipe de Fu observou que as células da colônia circular se tornaram mais densamente compactadas no meio da colônia, onde se tornaram células da placa neural, versus a fronteira da colônia, onde se tornaram células de borda da placa neural. A suspeita de sinais mecânicos pode afetar sua diferenciação, eles colocaram células-tronco embrionárias humanas em pontos adesivos de tamanhos diferentes.
No mesmo ambiente químico, células-tronco embrionárias humanas crescidas em pontos maiores começaram a sinalizar eventos dentro das células que as levaram a se tornar células de borda da placa neural. Esses eventos de sinalização foram inibidos em células-tronco confinadas em pontos menores. A equipe também desenvolveu um sistema para esticar células no meio de uma colônia. Respondendo a este sinal mecânico, as células no meio de uma colônia diferenciadas em células de borda da placa neural, em vez das células da placa neural no centro de uma colônia comum.
"Embora muitos modelos atuais atribuam a padronização dos tecidos embrionários a gradientes químicos ou migração celular, nossos resultados mostram que esses fatores podem não ser os únicos impulsionadores, "disse Yubing Sun, um ex-aluno de doutorado no laboratório de Fu e agora um professor assistente de engenharia mecânica e industrial na Universidade de Massachusetts. Sun é co-autor do artigo.
O estudo, intitulado, "Padronização embrionária guiada por mecânica do tecido neuroectoderma a partir de células-tronco pluripotentes humanas, "é publicado em Materiais da Natureza .
