Cientistas da Salk expandem a capacidade das células-tronco de regenerar qualquer tipo de tecido

Cientistas da Salk expandem a capacidade das células-tronco de regenerar qualquer tipo de tecido

A nova técnica, que permite aos cientistas gerar tecidos embrionários e não embrionários a partir de células-tronco cultivadas, é um passo em direção ao cultivo de órgãos de doadores e tecidos de reposição para combater o envelhecimento e as doenças.

LA JOLLA — Quando os cientistas falam sobre as células-tronco de laboratório serem totipotentes ou pluripotentes, eles querem dizer que as células têm o potencial, como um embrião, de se desenvolver em qualquer tipo de tecido do corpo. O que as células-tronco totipotentes podem fazer que as pluripotentes não podem fazer é se desenvolver em tecidos que sustentam o embrião, como a placenta. Estes são chamados de tecidos extra-embrionários e são vitais para o desenvolvimento e crescimento saudável.

Agora, cientistas do Salk Institute, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Pequim, na China, relatam a descoberta de um coquetel químico que permite que células-tronco cultivadas de camundongos e humanas façam exatamente isso: gerar tecidos embrionários e extraembrionários. Sua técnica, descrita na revista Célula em 6 de abril de 2017, pode gerar novos insights sobre o desenvolvimento de mamíferos que levam a uma melhor modelagem de doenças, descoberta de medicamentos e até mesmo regeneração de tecidos. Espera-se que esta nova técnica seja particularmente útil para modelar processos iniciais de desenvolvimento e doenças que afetam a implantação do embrião e a função placentária, possivelmente abrindo caminho para técnicas aprimoradas de fertilização in vitro.

“Durante o desenvolvimento embrionário, tanto o óvulo fecundado quanto suas células iniciais são considerados totipotentes, pois podem dar origem a todas as linhagens embrionárias e extraembrionárias. No entanto, a captura de células-tronco com tal potencial de desenvolvimento in vitro tem sido um grande desafio na biologia das células-tronco”, diz Salk Professor Juan Carlos Izpisua Bemonte, co-autor sênior do artigo e titular da cadeira Roger Guillemin da Salk. “Este é o primeiro estudo relatando a derivação de um tipo de célula-tronco estável que mostra potencial de bidesenvolvimento do tipo totipotente para linhagens embrionárias e extra-embrionárias”.

Uma vez que um ovo de mamífero é fertilizado e começa a se dividir, as novas células se segregam em dois grupos: aquelas que se desenvolverão no embrião e aquelas que se desenvolverão em tecidos de suporte, como a placenta e o saco amniótico. Como essa divisão de trabalho ocorre relativamente cedo, os pesquisadores geralmente não conseguem manter linhagens de células cultivadas de forma estável até que as células já tenham passado do ponto em que ainda podem se tornar qualquer um dos tipos. O coquetel recém-descoberto dá às células-tronco a capacidade de se tornarem estáveis ​​de qualquer tipo, levando a equipe de Salk a chamá-las de células-tronco pluripotentes estendidas (EPS).

"A descoberta de células EPS oferece uma oportunidade potencial para desenvolver um método universal para estabelecer células-tronco que estenderam a potência de desenvolvimento em mamíferos", diz Jun Wu, cientista sênior da Salk e um dos primeiros autores do artigo. “É importante ressaltar que a competência quimérica interespécies superior das células EPS as torna especialmente valiosas para estudar o desenvolvimento, a evolução e a geração de órgãos humanos usando uma espécie animal hospedeira”.

Para desenvolver seu coquetel, a equipe Salk, juntamente com a equipe da Universidade de Pequim, primeiro pesquisou compostos químicos que suportam a pluripotência. Eles descobriram que uma simples combinação de quatro produtos químicos e um fator de crescimento poderia estabilizar as células-tronco pluripotentes humanas em um estado de desenvolvimento menos maduro, permitindo assim que elas contribuíssem com mais eficiência para a formação de quimeras (uma mistura de células de duas espécies diferentes) em um desenvolvimento embrião de rato. Eles também aplicaram os mesmos fatores a células de camundongos e descobriram, surpreendentemente, que as células-tronco de camundongo recém-derivadas poderiam não apenas dar origem a tipos de tecido embrionário, mas também se diferenciar em células de linhagens extraembrionárias. Além disso, a equipe descobriu que as novas células-tronco do camundongo têm uma capacidade superior de formar quimeras e uma única célula pode dar origem a um camundongo adulto inteiro, o que é inédito no campo, segundo a equipe.

“A competência quimérica superior das células EPS humanas e de camundongos é vantajosa em aplicações como a geração de modelos de animais transgênicos e a produção de órgãos de substituição”, acrescenta Wu. “Agora estamos testando para ver se as células EPS humanas são mais eficientes na contribuição quimérica para os porcos, cujo tamanho e fisiologia dos órgãos são mais próximos dos humanos”. Células EPS humanas, combinadas com a plataforma de complementação de blastocisto interespécie, conforme relatado pela mesma equipe de Salk em Célula em janeiro 2017, possuem grande potencial para a geração de órgãos humanos em porcos para atender à crescente demanda por doadores de órgãos.

“Acreditamos que a derivação de uma linhagem estável de células-tronco com características totipotentes terá um impacto amplo e retumbante no campo das células-tronco”, diz Izpisua Belmonte.

Outros autores incluídos: Takayoshi Yamauchi, Atsushi Sugawara e Zhongwei Li de Salk; Yang Yang, Bei Liu, Jun Xu, Jinlin Wang, Cheng Shi, Yaxing Xu, Jiebin Dong, Chengyan Wang, Weifeng Lai, Jialiang Zhu, Liang Xiong, Dicong Zhu, Xiang Li, Chen Li, Aibin He, Yaqin Du, Ting Wang , Chaoran Zhao, Haibo Li, Hongquan Zhang, Xiaochun Chi e Huan Shen de Universidade de Pequim; Weifeng Yang e Ming Yin de Pequim Vitalstar Biotecnologia; Fangyuan Sun e Xiangyun Li de Universidade de Hebei; Yifang Liu de Universidade de Tsinghua; Cheng Li de Centro Peking-Tsinghua de Ciências da Vida; Shuguang Duo do Academia Chinesa de Ciências.

O trabalho foi financiado por: Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Chave da China (2016YFA0100100), Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (31521004), Programa de Equipe de Pesquisa Inovadora e Empreendedora de Guangdong (2014ZT05S216), Projeto de Planejamento de Ciência e Tecnologia de Guangdong Província, China (2014B020226001), Programa de Ciência e Tecnologia de Guangzhou, China (2016B030232001), Ministério da Educação da China (Projeto 111), Célula-Tronco BeiHao e Instituto de Pesquisa Translacional de Medicina Regenerativa Q9, Instituto Conjunto de Saúde da Universidade de Pequim Science Center, University of Michigan Health System, Peking-Tsinghua Center for Life Sciences, National Science and Technology Support Project (2014BAI02B01), CAS Key Technology Talent Program, G. Harold and Leila Y. Mathers Charitable Foundation, e Fundação Moxie.