Medindo células-tronco para medicina regenerativa

Medindo células-tronco para medicina regenerativa

Os pesquisadores e colaboradores da Salk fornecem uma nova referência para a geração do tipo mais primitivo de célula-tronco

LA JOLLA - Cientistas e colegas do Salk propuseram novos critérios moleculares para julgar o quão perto qualquer linha de células-tronco geradas em laboratório chega de mimetizar células embrionárias observadas nos primeiros estágios do desenvolvimento humano, conhecidas como células-tronco virgens. Os testes descobriram que nenhum protocolo atual leva a células-tronco realmente ingênuas, mas as diretrizes podem ajudar os pesquisadores a atingir esse objetivo, apontando onde cada método atual falha. Gerar células-tronco virgens seria um benefício tanto para a pesquisa básica quanto para aplicações médicas de células-tronco, como o cultivo de tecidos para substituição de órgãos.

“O estado ingênuo tem potencialmente uma maior capacidade de gerar diferentes tipos de tecidos e pode ter muitos usos para Medicina regenerativa”, diz o autor sênior José Ecker, professor e diretor do Laboratório de Análise Genômica de Salk e Instituto Médico Howard Hughes investigador. O trabalho foi publicado online em 14 de julho de 2016 em Cell Stem Cell.

Enquanto as células-tronco – células que têm o potencial de se diferenciar em outros tipos de células – existem em humanos adultos, as células-tronco mais úteis são aquelas encontradas em embriões, que são pluripotentes, capazes de se tornar quase qualquer célula do corpo. Os pesquisadores desenvolveram coquetéis de moléculas que atrasam o relógio das células adultas para fazê-las agir como células-tronco (chamadas células-tronco pluripotentes induzidas ou iPSCs) e também cultivaram linhas de células-tronco derivadas diretamente de embriões (ESCs). Novos métodos estão sendo formulados para persuadir os ESCs “preparados” – que mais se assemelham a células de embriões pós-implantação – de volta no tempo ainda mais para se assemelhar a células-tronco virgens, aquelas encontradas em embriões pré-implantação apenas alguns dias após a fertilização. Células-tronco virgens são telas em branco que formam a base não apenas para todas as células do corpo humano, mas também para as células que compõem a placenta para sustentar um embrião.

“Em nossa opinião, a maioria dos protocolos publicados para gerar as chamadas células-tronco virgens não são convincentes porque produzem células muito parecidas com as células iniciais – não há muita diferença na expressão gênica”, disse o co-autor sênior Rudolf Jaenisch que acontecerá no marco da Instituto Whitehead para Pesquisa Biomédica e Massachusetts Institute of Technology.

Ecker, trabalhando de perto com Jaenisch e outros colaboradores em Whitehead e no Escola Politécnica Federal de Lausanne, queria ver se essas novas técnicas com o objetivo de induzir o estado de células-tronco ingênuas realmente faziam isso. Eles realizaram uma série de testes moleculares nas células “preparadas” e ESCs que foram expostas a fatores considerados indutores de ingenuidade. Eles estimaram os estados dos dois ESCs comparando suas propriedades moleculares e as células de vários estágios do desenvolvimento embrionário de estudos anteriores.

Eles descobriram que três testes principais eram mais indicativos da diferença entre células-tronco virgens e outras células-tronco, permitindo que eles posicionassem cada linha de ESCs corretamente ao longo dessa linha do tempo. Primeiro, eles mediram os níveis de expressão dos transposons, sequências de DNA que podem saltar pelo genoma. A expressão de certos transposons, eles descobriram, era indicativa de células-tronco virgens. Em seguida, eles descobriram que os genomas de células-tronco embrionárias virgens têm menos metilação – a adição de grupos químicos metil ao longo do DNA. Eles então estudaram o estado dos cromossomos X em células virgens de embriões femininos, cada um contendo dois cromossomos X ativos, ao contrário de células embrionárias mais maduras que silenciaram um X.

Juntos, os três testes incluem dezenas de milhares de biomarcadores genéticos para caracterizar o estado de desenvolvimento das células-tronco, diz co-autor sênior Trono de Didier da École Polytechnique Federale de Lausanne. “É provável que esse tipo de análise se torne um padrão-ouro para células-tronco de controle de qualidade, incluindo células-tronco pluripotentes induzidas, sejam para uso exclusivo em pesquisa ou para aplicações clínicas”, diz ele.

Quando os métodos atuais para gerar células-tronco virgens em laboratório foram julgados usando os três testes, cada um ficou aquém de imitar as células embrionárias virgens de maneiras diferentes. Uma nova técnica, por exemplo, levou a células que tinham dois cromossomos X ativos, mas não correspondiam aos padrões de metilação desejados.

“Na verdade, foi uma comparação dos métodos existentes, aplicando os mesmos critérios para cada método e vendo onde está cada estado da célula”, diz Ecker. “Algumas dessas células acabaram em estados anteriores ao desenvolvimento e outras mais tarde no desenvolvimento”.

Thorold Theunissen, um pós-doutorando no laboratório de Jaenisch e co-primeiro autor do estudo, diz: “Nosso trabalho fornece um conjunto rigoroso de critérios para comparar células-tronco humanas virgens com suas contrapartes no embrião humano inicial. Estudos anteriores baseavam-se principalmente em comparações com células-tronco de camundongos, que são altamente divergentes das humanas”.

Os cientistas esperam que outras equipes de pesquisa adotem seus critérios para julgar seus próprios métodos e linhagens de células. “Os perfis de transposon e metilação são bastante padronizados em termos de técnica e protocolo, por isso é muito fácil para outros laboratórios repetir o experimento, por exemplo, em células virgens de um método recém-desenvolvido”, diz Yupeng He, aluno de pós-graduação da Ecker lab que ajudou a conduzir o trabalho.

Outros pesquisadores no estudo foram Styliani Markoulaki, Haoyi Wang, Malkiel A. Cohen, Katherine J. Wert, Yanmei Huang, Jesse Drotar e Tenzin Lungjangwa do Instituto Whitehead de Pesquisa Biomédica; Marc Friedli, Evarist Planet, Julien Pontis, Alexandra Iouranova, Michael Imbeault e Julien Duc da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne; e Ryan C. O'Neil, Rosa Castanon, Zhuzhu Zhang e Joseph R. Nery do Salk Institute.

O trabalho e os pesquisadores foram apoiados por bolsas do Fundação Simons, National Institutes of Health, Fundação Nacional de Ciências da Suíça, Conselho Europeu de Investigação, Instituto Médico Howard Hughes, Gordon e Betty Moore Foundation, Fundação Mary K. Chapman, um Bolsa de pós-doutorado Sir Henry Wellcome, um Fundação Bettencourt Prêmio, o Associação Pour La Recherche Sur Le Cancer, e o Fundo de pesquisa em Sante du Quebec.