Laboratório Salk transforma células da pele em tecido das vias aéreas humanas

Laboratório Salk transforma células da pele em tecido das vias aéreas humanas

Ao persuadir as células-tronco derivadas das próprias células da pele de um paciente a se desenvolverem no tecido das vias aéreas, os cientistas podem estudar a base molecular da asma, enfisema e outras doenças pulmonares.

LA JOLLA - Usando células da pele reprogramadas, os pesquisadores usaram pela primeira vez técnicas de células-tronco para cultivar conjuntos totalmente funcionais das células que revestem as vias aéreas que levam aos pulmões. O tecido das vias aéreas desenvolvido em laboratório pode agora ser usado para estudar a base molecular de doenças pulmonares – de doenças genéticas raras a doenças comuns como asma e enfisema – e testar novos medicamentos para tratar essas doenças.

“Este trabalho é o início de uma era emocionante e mostra o progresso em direção a um dia criar um pulmão tridimensional e funcional em laboratório e oferece oportunidades para testar terapias específicas”, disse o autor sênior do estudo. Inder Verma, professor da Salk's Laboratório de Genética e titular da Irwin and Joan Jacobs Chair em Exemplar Life Science.

As células epiteliais (azuis), derivadas de células-tronco, estão dispostas em uma folha plana, assim como no revestimento dos pulmões. Também imitando a maneira como as vias aéreas estão dispostas, as células estão em contato com o líquido de um lado (abaixo) e o ar do outro.

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

Os resultados do estudo foram publicados em 21 de março de 2014, na Proceedings, da Academia Nacional de Ciências.

O estudo de doenças que afetam os pulmões e as vias aéreas próximas tem sido limitado pela capacidade de coletar tecidos doentes de pacientes e pela complexidade dos órgãos. Vários tipos de células compõem o tecido das vias aéreas, portanto, estudar como uma doença altera apenas um tipo de célula no laboratório pode não ser um reflexo preciso do impacto total da doença.

No novo trabalho, os pesquisadores desenvolveram o complexo tecido das vias aéreas, composto por quatro tipos diferentes de células, reprogramando as células da pele em células-tronco e, em seguida, expondo as células-tronco a uma receita única de substâncias químicas que as direcionaram para uma via aérea específica. caminho de desenvolvimento. Em vez de usar células-tronco embrionárias para cultivar o tecido das vias aéreas, eles começaram com células da pele facilmente coletadas de pacientes.

“Desta forma, temos a capacidade de aceder a populações de pacientes com estas doenças pulmonares genéticas raras”, diz Amy Firth, investigadora de pós-doutoramento no laboratório de Verma e primeira autora do novo artigo. Como as células da pele contêm o mesmo conjunto mestre de genes que as células pulmonares, qualquer tecido das vias aéreas cultivado a partir das células da pele de um paciente terá a mutação genética causadora da doença.

Verma, Firth e seus colegas usaram pela primeira vez protocolos padrão para limpar as células da pele de toda a programação que as tornou células da pele, transformando-as em células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) que têm o potencial de se desenvolver em qualquer tipo de célula do corpo. Em seguida, eles expuseram as células iPS a proteínas – conhecidas como fatores de crescimento e citocinas – suspeitas de serem a chave para o desenvolvimento das vias aéreas. Para ver se uma determinada mistura de proteínas era eficaz, os pesquisadores testaram se o tecido resultante tinha cada tipo de célula das vias aéreas organizada da maneira correta e continha cílios semelhantes a cabelos e moléculas-chave necessárias para a função das vias aéreas. Após tentativa e erro, eles encontraram a mistura precisa de fatores de crescimento necessários para induzir as células IPS a um tecido totalmente funcional das vias aéreas.

“A capacidade de gerar uma variedade de células que compõem um pulmão totalmente maduro é o primeiro passo para compreender os mecanismos moleculares de muitas doenças pulmonares”, diz Verma, que também é professor de Biologia Molecular da American Cancer Society.

Embora as células cultivadas não sejam idênticas às encontradas em todas as partes do pulmão, procedimentos semelhantes poderiam determinar como cultivar tecidos de outras seções do sistema respiratório. O novo protocolo já pode ser usado para desenvolver populações de células para estudar doenças raras, como a discinesia ciliar primária, conhecida por afetar os cílios que revestem as vias aéreas. Além disso, novos tratamentos ou terapias genéticas poderiam ser testados em tecido das vias aéreas cultivado em laboratório, derivado de células de um paciente afetado.

“Esperamos que um dia seja possível corrigir as mutações genéticas nestes tecidos e enxertá-las novamente nas vias respiratórias de um paciente”, diz Firth.

O tecido das vias aéreas cultivado em laboratório também pode revelar como os poluentes ou a nicotina exacerbam os sintomas de doenças não apenas afetadas pela genética, mas também pelo ar que uma pessoa respira.

A pesquisa foi uma colaboração com Fred Gage, professor de genética da Salk e titular da cátedra Vi and John Adler para pesquisa sobre doenças neurodegenerativas relacionadas à idade. Outros pesquisadores do estudo foram Carl Dargitz, Susan Qualls, Tushar Menon, Rebecca Wright, Oded Singer e Ajai Khanna, da Universidade da Califórnia, em San Diego.

O trabalho contou com o apoio do Fundação Berger e de um Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia subvenção e fez uso de instalações e equipamentos apoiados pelo Fundação Waitt, Instituto Nacional do Câncer, Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame, Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia e Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Instituto Salk de Estudos Biológicos é uma das instituições de pesquisa básica mais proeminentes do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Focados tanto na descoberta como na orientação de futuras gerações de investigadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para a nossa compreensão do cancro, envelhecimento, doença de Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.