Cientistas de Cambridge desenvolvem embrião 'sintético' com cérebro e coração batendo

Pesquisadores da Universidade de Cambridge criaram modelos de embriões sintéticos com cérebros, corações pulsantes, com potencial para desenvolver outros órgãos a partir de células-tronco de camundongos. A pesquisa é apontada como uma nova maneira de recriar os primeiros estágios da vida.

Uma equipe de pesquisadores liderada pela professora Magdalena Zernicka-Goetz usou células-tronco para desenvolver o modelo de embrião, em vez de óvulos ou espermatozóides. As células-tronco são células mestras que podem se desenvolver em quase qualquer outro tipo de célula do corpo.

Embriões modelo, como os cultivados pelos pesquisadores, podem ajudar a entender melhor por que alguns embriões se desenvolvem em uma gravidez saudável, enquanto outros não. Os resultados também podem ser usados ​​para orientar o reparo e o desenvolvimento de órgãos humanos sintéticos para serem usados ​​em transplantes.

Para criar os embriões, os pesquisadores imitaram processos naturais para guiar três tipos de células-tronco encontradas no desenvolvimento inicial dos mamíferos até que eles começassem a interagir. Os pesquisadores conseguiram fazer com que as células-tronco 'falassem' umas com as outras manipulando genes e estabelecendo o ambiente certo para as células.

A partir daí, as células-tronco se organizaram em estruturas que desenvolveram corações pulsantes e as bases do cérebro. Eles também cultivaram o saco vitelino de onde os embriões obtêm nutrientes durante as primeiras semanas de vida.

Em uma primeira pesquisa, esses embriões chegaram a um ponto em que todo o cérebro, incluindo a parte frontal, começou a se desenvolver. Nenhum outro modelo derivado de células-tronco chegou a esse estágio.

O grupo do professor Zernicka-Goetz em Cambridge estuda esses estágios iniciais da gravidez há uma década. Eles querem 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 escondido de nós devido à implantação do pequeno embrião no útero da mãe”, disse Zernicka-Goetz. “Essa acessibilidade nos permite manipular genes para entender seus papéis de desenvolvimento em um sistema experimental modelo.”

“Nosso modelo de embrião de camundongo não apenas desenvolve um cérebro, mas também um coração pulsante, todos os componentes que compõem o corpo”, disse o professor Zernicka-Goetz, professor de Desenvolvimento de Mamíferos e Biologia de Células-Tronco no Departamento de Cambridge. Fisiologia, Desenvolvimento e Neurociência. “É simplesmente inacreditável que chegamos 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, os tecidos que se tornarão o embrião e os tecidos que conectarão o embrião à mãe precisam ter um 'diálogo'. Na primeira semana após a fertilização, três tipos de células-tronco se desenvolvem: uma que se tornará os tecidos do corpo e duas que suportam o desenvolvimento do embrião.

Um dos tecidos que sustentam o desenvolvimento do embrião é a placenta, que conecta o feto à mãe e fornece oxigênio e nutrientes. O outro é o saco vitelino, onde o embrião cresce e obtém nutrientes durante o desenvolvimento inicial.

Muitas gestações falham no momento em que os três tipos de células-tronco começam a enviar sinais químicos e mecânicos entre si. A professora Zernicka-Goetz, também professora de Biologia e Engenharia Biológica da Caltech, explicou: “Muitas gestações falham nessa época, antes que a maioria das mulheres perceba que está grávida. Este período é a base para tudo o mais que se segue na gravidez. Se der errado, a gravidez falhará.”

Os pesquisadores descobriram que as células extraembrionárias sinalizam para as células embrionárias por meio de sinais químicos. Eles também se comunicam mecanicamente, ou através do toque, para orientar 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”, disse 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.”

O modelo também é o primeiro a sinalizar o desenvolvimento da parte frontal do cérebro e, de fato, de todo o cérebro. “Isso abre novas possibilidades para estudar os mecanismos do neurodesenvolvimento em um modelo experimental”, disse 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 apresentam exatamente os defeitos conhecidos no desenvolvimento cerebral 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”.

A pesquisa atual foi realizada em modelos de camundongos, mas os pesquisadores estão desenvolvendo modelos humanos semelhantes. Estes podem ser usados ​​para gerar tipos de órgãos específicos para entender processos que seriam impossíveis de estudar em embriões reais.

Atualmente, a lei do Reino Unido permite que embriões humanos sejam estudados em laboratório apenas até o 14º dia de desenvolvimento. Se os métodos desenvolvidos pela equipe de Zernicka-Goetz 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.

Zernicka-Goetz disse: “Há tantas pessoas ao redor do mundo que esperam anos por transplantes de órgãos. 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 eles são feitos.”

Ela acrescentou: “Este é um passo incrível e levou 10 anos de trabalho duro de muitos dos membros da minha equipe – eu nunca pensei que chegaríamos a este lugar. Você nunca pensa que seus sonhos se tornarão realidade, mas eles se tornaram.”

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