Cientistas clonaram camundongos a partir de células da pele liofilizadas, abrindo a porta para a biopreservação

Na superfície, Dorami era apenas um rato comum. Ela cresceu até um peso saudável, teve seus próprios filhotes e morreu naturalmente perto de seu segundo aniversário – aproximadamente 70 anos em idade humana e completamente normal para um rato de laboratório.

Exceto por uma coisa: Dorami foi clonado a partir de células liofilizadas. E não apenas qualquer célula – ela foi clonada a partir de células somáticas (as células que compõem nossos corpos) em vez de espermatozóides ou óvulos.

Dorami é a mais recente incursão em um esforço de décadas para usar a clonagem como forma de preservar a biodiversidade. O triunfo de A ovelha Dolly deixou claro que é possível reviver animais usando células reprodutivas. O sonho de restaurar animais extintos, ou biobancar os atuais, conquistou a imaginação dos cientistas desde então. Uma maneira poderosa de preservar o DNA de uma espécie é armazenar esperma em nitrogênio líquido. A aproximadamente -320 graus Fahrenheit, as células podem ser congeladas no tempo por anos.

Mas há um soluço. Coletar células reprodutivas de animais à beira da extinção é – para dizer o mínimo – extremamente difícil. Em contraste, raspar algumas células da pele ou raspar alguns pelos é relativamente simples. Essas células contêm o DNA completo do animal, mas são frágeis.

O novo estudo, liderado pelo Dr. Teruhiko Wakayama da Universidade de Yamanashi no Japão, deu o salto do esperma para a pele. Desenvolvendo uma receita altamente técnica que deixaria qualquer chef orgulhoso, a equipe clonou com sucesso 75 camundongos saudáveis ​​a partir de células somáticas liofilizadas coletadas de doadores masculinos e femininos. Muitos descendentes, incluindo Dorami, tiveram seus próprios filhotes.

Com uma taxa de sucesso de aproximadamente 0.2% no máximo – e tão baixa quanto XNUMX% – a técnica está longe de ser eficiente. Mas a estratégia abre um caminho para o quadro maior: nossa capacidade de armazenar e potencialmente reviver variações genéticas de espécies quase extintas.

Para Dr., cientista-chefe da Revive & Restore, o estudo é um avanço bem-vindo, apesar de suas imperfeições. “Do ponto de vista da conservação, inovar novas formas de biobancar tipos de tecidos reprodutivamente viáveis ​​é uma grande necessidade... dito.

O livro de receitas de biopreservação

As células são criaturas mimadas. Imagine uma bolha aquosa com minúsculas fábricas moleculares presas às suas paredes semelhantes a balões. Congelar uma célula sem proteção pode fazer com que os componentes aquosos formem cristais de gelo afiados, que danificam os componentes internos da célula e perfuram a parede celular. Quando aquecida de volta às temperaturas normais, como uma almofada de alfinetes vazando, a célula não tem chance de sobrevivência.

Os cientistas finalmente descobriram uma receita vencedora para preservar as células: a chave é adicionar um anticongelante químico e armazenar as células em tanques de metal pesado de nitrogênio líquido. As células são suspensas em pequenos frascos dentro de caixas que deslizam em uma gaiola de metal em forma de torre. Dependendo do tipo de célula, eles podem ser preservados por anos. O problema? A configuração é cara, difícil de manter e propensa a falhas de energia. Quaisquer interrupções podem causar perda catastrófica em todas as amostras. Para a biodiversidade, nem sempre é viável ter uma configuração tão sofisticada perto do animal.

Tem que haver uma maneira melhor.

Anos atrás, Wakayama fez uma cruzada para aumentar os limites do armazenamento de células. Ele se concentrou em um método específico: liofilização. Principalmente conhecido por mochileiros e astronautas como uma forma de preservar os nutrientes dos alimentos, as células de liofilização acabaram sendo relativamente simples. Na virada do século, Wakayama e sua equipe mostrou que é possível esperma liofilizado para reprodução. A receita era tão robusta que manteve o esperma vivo durante anos a bordo da Estação Espacial Internacional, enquanto era bombardeado com níveis ambientais de radiação. Também levou a descendência viva depois de ser jogado em uma gaveta da mesa por um ano sem controle climático.

As células somáticas são uma questão diferente. Ao contrário do esperma, as células que compõem nossos corpos são muito mais propensas a moléculas de água que abraçam nossa estrutura de DNA, com um núcleo mais frágil. Quando congeladas, isso significa que as células podem sofrer muito mais danos, tornando-as inutilizáveis ​​para clonagem.

“Até o momento, as únicas células que produziram descendentes após a liofilização são espermatozóides maduros [espermatozóides]”, escreveu a equipe.

Uma nova receita

O novo trabalho foi para o impossível: podemos clonar um animal a partir de células somáticas liofilizadas?

Na primeira rodada de experimentos, a equipe isolou células de camundongos fêmeas que geralmente suportam o óvulo. Eles jogaram as células em dois produtos químicos protetores e liofilizaram as amostras em nitrogênio líquido. Não foi bonito: a membrana protetora de todas as células quebrou, com sinais de DNA quebrado – mas relativamente intacto.

Seguindo em frente, a equipe reidratou a amostra congelada após até oito meses de armazenamento. Do pó sem vida eles isolaram os núcleos, a estrutura semelhante a uma semente que abriga o DNA, e o transplantaram para um óvulo que teve seu material genético sugado. É como substituir o texto de um livro por outro – mudando completamente seu significado biológico.

Ficou mais complicado. Essas células-ovo “editadas” iniciais não puderam se reproduzir, provavelmente devido ao DNA e danos epigenéticos. Como solução alternativa, a equipe usou as células para formar várias linhas de células embrionárias. São trabalhadores resilientes, especialmente eficientes na correção de danos no DNA.

Depois de prosperar, a equipe sugou seu material genético e o injetou em ovos de camundongos com pelo preto. Os embriões resultantes foram deixados para se desenvolver em camundongos com pelo branco – a mãe de aluguel. Todos os filhotes resultantes assumiram o pelo preto brilhante de seus doadores de DNA, com peso e fertilidade perfeitamente normais.

“Após a maturação, selecionamos aleatoriamente nove camundongos clonados fêmeas e três machos para acasalar com camundongos normais de laboratório”, explicou a equipe. Em cerca de três meses, todas as fêmeas clonadas deram à luz a próxima geração – com quatro patas, bigodes e hábitos de camundongo intactos. Repetindo o experimento com células da pele da ponta da cauda, ​​a equipe clonou mais uma dúzia de camundongos.

A receita não saiu exatamente como o planejado. Em um teste estranho, a equipe usou células de camundongos machos para clonar a próxima geração, e todos os descendentes se tornaram fêmeas. Indo mais fundo, eles descobriram que, de alguma forma, o cromossomo Y – designando um homem biológico – se perdeu durante o processo, levando a um sexo feminino. ilha de Themyscira. Para os autores, é uma torção no processo, mas não uma explosão para uso prático. “Esses resultados sugerem que, mesmo que ocorra a perda do cromossomo Y, essa técnica ainda pode ser usada para os recursos genéticos disponíveis em circunstâncias extremas, como espécies quase extintas”, disseram eles.

Uma Biblioteca para Conservação?

A técnica está longe de ser perfeita. É tedioso, tem baixas taxas de sucesso e ainda requer temperaturas de armazenamento no freezer que o tornam propenso a falhas na rede de energia.

Para a Dra. Alena Pance, da Universidade de Hertfordshire, que não participou do estudo, a questão mais importante é por quanto tempo o material genético pode ser armazenado. “Seria primordial mostrar um armazenamento prolongado e indefinido nessas condições para que esse sistema fornecesse uma preservação eficaz a longo prazo de espécies e amostras”, ela disse. dito.

Os autores concordam que há mais mistérios. O corpo pode ter mais dificuldade em reparar danos no DNA em células somáticas em comparação com o esperma, o que retira sua energia do desenvolvimento de um óvulo em pleno funcionamento. Seus epigenética– que regula como os genes são ativados ou desativados – também pode ser prejudicado por causa da reprogramação incompleta.

Em última análise, este é apenas o primeiro passo. As células somáticas são mais fáceis de capturar em comparação com as reprodutivas, especialmente para animais inférteis ou juvenis. Fazê-lo mais fácil e mais barato é uma vantagem. A equipe agora procura capturar material genético de cadáveres ou fezes para ampliar o escopo.

“A abordagem descrita neste trabalho oferece uma alternativa para apresentar métodos bancários e certamente permitir temperaturas mais permissivas seria uma grande vantagem”, disse Pance.

Crédito de imagem: Wakayama et. al./Natureza Comunicações