Os modelos de embriões mais avançados que já imitam as duas primeiras semanas de desenvolvimento humano

Os modelos de embriões mais avançados que já imitam as duas primeiras semanas de desenvolvimento humano

Carimbo de data / hora: 12 de setembro de 2023, 3:00
Os modelos de embriões mais avançados que já imitam as duas primeiras semanas de desenvolvimento humano PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

Esqueça que o esperma encontra o óvulo.

Usando células-tronco humanas, os cientistas criaram estruturas semelhantes a embriões humanos dentro de placas de Petri. Estas bolhas cultivadas em laboratório desenvolvem múltiplas estruturas que imitam um embrião humano após a implantação no útero – um marco importante para a fertilidade – e duram pelo menos 14 dias.

Há uma década, fabricar estruturas semelhantes a embriões, ou embrióides, sem células reprodutivas teria parecido ridículo. Mas à medida que os cientistas mapeiam cada vez mais a complicada jornada molecular rumo à concepção humana, torna-se possível eliminar o espermatozoide e o óvulo para espiar a “caixa preta” do desenvolvimento humano inicial.

Ainda parece um experimento de Frankenstein. Mas o esforço não é uma curiosidade científica macabra. Muito pouco se sabe sobre as primeiras semanas da gravidez humana, quando o desenvolvimento tende a dar errado na maioria das vezes. Estudar modelos que imitam estas fases iniciais - sem a controvérsia das amostras biológicas - poderia ajudar os casais que lutam para conceber e esclarecer os mistérios da perda de gravidez precoce.

Um novo estudo publicado em Natureza do veterano embrióide Dr. Jacob Hanna agora avança o cronograma da gestação em laboratório. A equipe transformou células-tronco embrionárias humanas em embrióides que modelam os primeiros embriões humanos. Tal como os seus homólogos biológicos, as bolhas baseadas em laboratório desenvolveram grandes “camadas” de tecidos que definem as fases iniciais do desenvolvimento humano.

“O drama está no primeiro mês, os oito meses restantes de gravidez são principalmente de muito crescimento”, dito Hanna. “Mas aquele primeiro mês ainda é em grande parte uma caixa preta. Nosso modelo de embrião humano derivado de células-tronco oferece uma maneira ética e acessível de examinar esta caixa.”

Receita para um Embrióide

Há dois anos, a mesma equipe divulgou um resultado de grande sucesso: o encontro do óvulo com o espermatozoide não é necessário para despertar a vida, pelo menos em ratos. Usando células-tronco de camundongo, a equipe descobriu uma sopa química que poderia transformar as células em estruturas semelhantes a embriões dentro de uma placa de Petri.

“O embrião é a melhor máquina de produção de órgãos e a melhor bioimpressora 3D – tentamos emular o que ela faz”, dito Hanna na época.

A ideia parece relativamente simples: todas as células embrionárias têm potencial para se transformarem em qualquer outro tipo de célula. Mas essas células também são altamente sociais. Dependendo do ambiente – por exemplo, dos sinais químicos ou hormonais que recebem – eles se auto-organizam em tecidos.

A cultura de embriões depende de dois avanços, ambos do laboratório Hanna.

Colocamos as células-tronco revertidas em um estado completamente ingênuo – uma tabula rasa que apaga qualquer identidade. Muitas vezes pensamos nas células-tronco como uma multidão uniforme, mas na verdade elas estão em um espectro de desenvolvimento. Cada passo adiante orienta o desenvolvimento da célula em direção a um tipo de célula ou órgão específico. No entanto, uma célula-tronco ingênua tem potencial para crescer em qualquer parte do corpo.

A reinicialização completa de células-tronco virgens facilita a integração de células-tronco em seus hospedeiros, independentemente de ser em humanos ou ratos.

Outro avanço é um dispositivo controlado eletronicamente que banha os embrióides em ondas de nutrientes. Como um marca-passo, a bomba simula como os nutrientes passam pelos embriões no útero, ao mesmo tempo que controla os níveis de oxigênio e a pressão atmosférica.

Em um artigo do estudo de prova de conceito, uma pequena porção de células de camundongos formou estruturas semelhantes a embriões. Eles se desenvolveram de forma semelhante aos seus homólogos naturais até cerca de metade da gestação normal. Aos oito dias, os embrióides tinham um coração batendo, células sanguíneas em circulação, um minicérebro com suas dobras clássicas e um trato digestivo.

“Se você der a um embrião as condições certas, seu código genético funcionará como uma linha predefinida de dominós, dispostos para cair um após o outro”, dito Hanna em uma entrevista anterior. “Nosso objetivo era recriar essas condições e agora podemos observar, em tempo real, como cada dominó atinge o próximo da fila.”

Quase humano

Os ratos não são homens. Hanna sabe muito bem e o novo estudo preenche o abismo.

O primeiro passo? Prepare uma célula-tronco humana revertendo-a para um estado ingênuo.

Com essa matéria-prima em mãos, a equipe deu então às células diferentes identidades, chamadas linhagens. Algumas delas se desenvolvem em células que eventualmente constituem o embrião. Outras se transformam em células de suporte, como as que constituem a placenta ou constroem o saco vitelino – um pequeno e arredondado multitarefa que apoia a saúde do embrião em desenvolvimento.

Por outras palavras, o embrião humano em desenvolvimento inicial é um ecossistema complexo. Portanto, não é de admirar que persuadir células-tronco ingênuas a assumir múltiplas funções tenha escapado por muito tempo aos fabricantes de embrióides. No entanto, cada linhagem torna-se indispensável após um grande passo no desenvolvimento humano inicial, a implantação. Quando um embrião fertilizado se fixa à parede uterina, desencadeia uma miríade de mudanças essenciais para um maior desenvolvimento. É também quando ocorre frequentemente a perda de embriões.

O novo estudo aborda o estágio pós-implantação, reaproveitando o protocolo anterior de embrióides de camundongos da equipe para gerar embrióides humanos auto-organizados. Surpreendentemente, era mais simples.

Eles tiveram que modificar geneticamente células-tronco de camundongos para empurrá-las para diferentes linhagens, diz a equipe. Com as células humanas, eles apenas ajustaram o banho de nutrientes – sem a necessidade de genes adicionais – para ativar programas genéticos nas células-tronco, transformando-as nos três tipos de tecidos de suporte.

À medida que os embrióides amadureceram, a equipa utilizou uma série de ferramentas moleculares e genéticas para examinar a sua fidelidade. No geral, as estruturas assemelhavam-se à arquitetura 3D de embriões humanos desenvolvidos naturalmente entre 7 a 14 dias após a fertilização. Algumas células até bombearam gonadotrofina coriônica humana (hCG), um hormônio usado em testes caseiros de gravidez. Aplicar as secreções das células no bastão deu o resultado positivo de linha dupla.

No geral, os embrióides mostraram marcos importantes do desenvolvimento de um embrião implantado precocemente, disse a equipe, sem a necessidade de fertilização ou interações com o útero materno.

[Conteúdo incorporado]

Raça Embrióide

A equipe de Hanna não é a única a impulsionar os embriões.

Em junho deste ano, dois outras equipes embrióides projetados que imitam embriões humanos após a implantação. As receitas e ingredientes são diferentes dos de Hanna. Um estudo, por exemplo, inseriu uma série de fatores genéticos poderosos que levaram as células-tronco a se tornarem tecidos de suporte.

Os cientistas não concordam muito sobre quais embrióides se assemelham melhor à sua contraparte natural. No entanto, concordam num aspecto: as células estaminais, nas condições certas, têm uma capacidade incrível de se auto-organizarem em estruturas semelhantes a embriões cada vez mais sofisticadas.

Por enquanto, o embrióide de 14 dias é apresentado como o “mais avançado" ainda.

Quatorze dias é um limite estrito para pesquisas com embriões humanos naturais em muitos países, já que eles não podem ser cultivados em laboratório. No entanto, os embrióides não atendem à definição de embrião e não estão sujeitos à limitação de 14 dias. Em outras palavras, os embrióides humanos poderiam ser cultivados posteriormente ao longo do cronograma de desenvolvimento. Trabalhos anteriores mostram que isso é tecnologicamente possível em ratos, com células-tronco desenvolvendo órgãos semifuncionais.

Se você está ficando um pouco assustado, você não está sozinho. Os embriões estão a crescer em fases cada vez mais avançadas numa corrida armamentista para abrir a caixa negra do desenvolvimento humano inicial. Por enquanto, os embriões cultivados a partir de células estaminais embrionárias humanas têm de respeitar os regulamentos actuais. No entanto, aqueles feitos a partir de células-tronco induzidas – muitas vezes usando células da pele revertidas para um estado semelhante ao das células-tronco – não estão sujeitos a nenhuma regra.

Para ser claro, os embrióides não têm a capacidade de se desenvolverem plenamente em seres humanos. No entanto, um estudo recente em macacos mostraram que eles podem induzir a gravidez quando transplantados para o útero - embora, nesse caso, o embrióide tenha sido interrompido rápida e naturalmente. Os debates sobre se e como regular essas bolhas celulares estão em andamento.

Por enquanto, a equipe de Hanna está focada na revisão da receita para aumentar a eficiência. Mas, como objetivo de longo prazo, eles esperam levar o embrióide ainda mais longe para ver se conseguem desenvolver órgãos rudimentares. Estas experiências “oferecerão informações sobre janelas anteriormente inacessíveis do desenvolvimento humano inicial”, afirmam.

Crédito de imagem: Weizmann Institute of Science

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