Desvendando a caixa preta do desenvolvimento embrionário

Desvendando a caixa preta do desenvolvimento embrionário

Colaboração internacional melhora método de cultivo de embriões de primatas para aprender mais sobre o desenvolvimento humano

LA JOLLA—Pouco se sabe sobre os eventos moleculares e celulares que ocorrem durante o desenvolvimento embrionário inicial em espécies de primatas. Agora, uma equipe de cientistas de renome internacional na China e nos Estados Unidos criou um método para permitir que embriões de primatas cresçam em laboratório por mais tempo do que nunca, permitindo que os pesquisadores obtenham detalhes moleculares dos principais processos de desenvolvimento pela primeira vez. Esta pesquisa, embora feita em células de primatas não humanos, pode ter implicações diretas para o desenvolvimento humano inicial.

Os resultados, publicados na Ciência em 31 de outubro de 2019, fornecem informações valiosas sobre o desenvolvimento embrionário inicial e, potencialmente, podem ajudar a informar abordagens para o avanço da medicina regenerativa em humanos.

“Nosso estudo fornece uma primeira olhada nessa caixa preta do desenvolvimento inicial”, diz Juan Carlos Izpisua Belmonte, co-autor correspondente e professor no Laboratório de expressão gênica de Salk. “Agora podemos observar como as células progridem em cada estágio embrionário e quais fatores precisam se desenvolver, o que ajudará na criação de melhores opções para a geração de uma variedade de células e tecidos”.

“Para entender os mecanismos celulares e moleculares subjacentes à gastrulação primata, iniciamos experimentos de cultura de embriões de macacos na China há três anos. Devido à experiência de longa data da equipe no estudo sistemático de primatas não humanos e sistemas de pesquisa reprodutiva bem estabelecidos, como uma plataforma de fertilização in vitro, conseguimos atingir nossos objetivos. Isso pode ajudar a esclarecer aspectos anteriormente desconhecidos do desenvolvimento humano pós-implantação”. diz Weizhi Ji, co-autor correspondente, professor e reitor do Instituto de Medicina Translacional Primata da Universidade de Ciência e Tecnologia de Kunming, na China.

Os cientistas queriam estudar um marco inicial do desenvolvimento chamado gastrulação, que ocorre quando um embrião em desenvolvimento se transforma em uma estrutura de várias camadas, chamada gástrula, da qual todos os tecidos e órgãos futuros serão derivados. Uma camada se tornará os pulmões, trato gastrointestinal e fígado; outro se tornará o coração, os músculos e os órgãos reprodutores; e um terceiro se tornará a pele e o sistema nervoso. No entanto, os cientistas não conheciam os condutores moleculares e celulares desse processo em primatas, em grande parte devido ao acesso limitado aos embriões iniciais.

“Nosso objetivo era cultivar um embrião de primata desde o início, a fim de estudar o processo de desenvolvimento”, diz Jun Wu, coautor do artigo e professor assistente do Southwestern Medical Center da Universidade do Texas. “Queríamos monitorar os embriões todos os dias para observar sua forma, tamanho e padrões de migração, bem como como eles geram diferentes tipos de células durante o desenvolvimento inicial dos primatas”.

Para estudar melhor essa transformação crítica, os cientistas modificaram um protocolo de cultura de embriões previamente estabelecido para permitir que um embrião de primata se desenvolvesse em condições de laboratório por até vinte dias; anteriormente, os pesquisadores só conseguiam manter embriões de primatas cultivados antes da segunda semana de gestação. Usando o novo protocolo, a equipe descobriu que as células dos embriões cultivados exibiam trajetórias claras de desenvolvimento em direção a cada camada da gástrula, e os resultados revelaram alguns dos detalhes moleculares necessários para esse crescimento. Os dados também poderiam ser usados ​​como um recurso para ajudar a estender a duração do embrião cultivado além de vinte dias, a fim de estudar melhor a diferenciação de células-tronco (especialização).

“Esses resultados iluminam algumas das redes de regulação e vias de sinalização que são cruciais para o desenvolvimento de primatas”, diz Izpisua Belmonte. “Este sistema fornece uma base e um recurso para o desenvolvimento de melhores estratégias para examinar o desenvolvimento inicial de primatas tanto na saúde quanto na doença, em laboratório.”

Outros autores incluem Yuyu Niu, Nianqin Sun, Chang Li, Chenyang Si, Jinkuan Wei, Yu Kang, Wei Si, Hong Wang, E Zhang, Lu Zhao, Ziwei Li e Tao Tan da Universidade de Ciência e Tecnologia de Kunming; e Ying Lei, Xi Dai, Chuanyu Liu, Zhihao Huang e Longqi Liu do BGI-Shenzhen.

O trabalho foi financiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Chave (2016YFA0101401), Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (81760271), Principais Projetos de Ciência e Tecnologia da Província de Yunnan (2017ZF028) e Projetos Chave do Programa de Pesquisa Básica na Província de Yunnan (2017FA010 ). O trabalho no laboratório de Juan Carlos Izpisua Belmonte foi financiado pela The Moxie Foundation.

DOI: 10.1126/science.aaw5754