Cientistas da Weizmann Institute of Science desenvolveram, pela primeira vez, modelos de embriões sintéticos de camundongos fora do útero, usando células-tronco cultivadas em uma placa de Petri. Este é um grande avanço da ciência médica.
Além do mais, o processo de cultura celular também é feito sem o uso de óvulos fertilizados, evitando assim a necessidade de espermatozoides.
Esta abordagem poderia, em grande medida, evitar as preocupações tecnológicas e morais associadas à utilização de embriões naturais na investigação e na biotecnologia, tornando-a extremamente importante. Mesmo com ratos, alguns testes são actualmente impraticáveis porque necessitariam de milhares de embriões; no entanto, a disponibilidade de modelos desenvolvidos a partir de células embrionárias de camundongos, que se multiplicam aos milhões em incubadoras de laboratório, é quase ilimitada.
O professor Jacob Hanna, do Departamento de Genética Molecular de Weizmann, disse: “O embrião é a melhor máquina de produção de órgãos e a melhor bioimpressora 3D – tentamos emular o que ela faz. Os cientistas já sabem como restaurar o “tronco” das células maduras – os pioneiros desta reprogramação celular ganharam o Prémio Nobel em 2012. Mas indo na direção oposta, fazendo com que as células estaminais se diferenciem em células corporais especializadas, para não mencionar órgãos inteiros, provou ser muito mais problemático.”
“Até agora, na maioria dos estudos, as células especializadas eram frequentemente difíceis de produzir ou aberrantes, e tendiam a formar uma mistura em vez de tecido bem estruturado adequado para transplante. Conseguimos superar esses obstáculos liberando o potencial de auto-organização codificado no células-tronco. "
Em março de 2021, os cientistas criaram o dispositivo controlado eletronicamente que permite o crescimento de embriões naturais de camundongos fora do útero. Os cientistas usaram o mesmo dispositivo no novo experimento para cultivar células-tronco de camundongos por mais de uma semana – cerca de metade do tempo de gestação de um camundongo.
Os cientistas dividiram as células-tronco em três grupos antes de serem colocadas no dispositivo. Em um deles, as células que eventualmente se tornariam órgãos embrionários foram deixadas em seu estado atual. Um dos dois tipos de genes, reguladores mestres da placenta ou do saco vitelino, foi superexpresso nas células dos outros dois grupos durante um pré-tratamento que durou apenas 48 horas.
Hanna disse: “Demos a esses dois grupos de células um impulso transitório para dar origem a tecidos extraembrionários que sustentam o embrião em desenvolvimento. "
Os três grupos de células foram rapidamente combinados dentro do dispositivo para formar agregados, a maioria dos quais não conseguiu se desenvolver completamente. No entanto, 50 em cada 10,000, ou cerca de 0.5 por cento, formaram esferas, cada uma das quais mais tarde se desenvolveu numa estrutura alongada, semelhante a um embrião. A placenta e os sacos vitelinos eram visíveis fora dos embriões, e o desenvolvimento do modelo prosseguiu como num embrião natural, uma vez que os cientistas codificaram cada conjunto de células com cores.
Esses modelos sintéticos desenvolveram-se normalmente até o dia 8.5 – quase metade dos 20 dias de gestação do camundongo – estágio em que todos os progenitores de órgãos iniciais se formaram, incluindo um coração batendo, circulação de células-tronco sanguíneas e um cérebro com dobras bem formadas, um tubo neural e um trato intestinal. Em comparação com embriões naturais de ratos, os modelos sintéticos apresentaram uma semelhança de 95% tanto na forma das estruturas internas como nos padrões de expressão genética de diferentes tipos de células. Os órgãos vistos nos modelos davam todos os indícios de estarem funcionais.
Hanna dito, “O estudo apresenta uma nova arena: o nosso próximo desafio é compreender como as células estaminais sabem o que fazer – como se auto-montam em órgãos e encontram o caminho para os locais designados dentro de um embrião. E porque o nosso sistema, ao contrário de um útero, é transparente, pode ser útil para modelar defeitos de nascimento e implantação de embriões humanos.”
“Em vez de desenvolver um protocolo diferente para o cultivo de cada tipo de célula – por exemplo, as do rim ou do fígado – poderemos um dia ser capazes de criar um modelo sintético semelhante a um embrião e depois isolar as células de que necessitamos. Não precisaremos ditar aos órgãos emergentes como eles devem se desenvolver. O próprio embrião faz isso melhor.”
Jornal de referência:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, et al. ¬Embriões sintéticos pós-gastrulação gerados ex utero a partir de CES ingênuos de camundongos. Célula 01 de agosto de 2022. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
