Alto-falante 1: Bem-vindo ao podcast Where Cures Begin do Salk Institute, onde cientistas falam sobre descobertas revolucionárias com seus anfitriões Allie Akmal e Brittany Fair.
Allie Akmal: As instalações principais são recursos compartilhados por todos os laboratórios Salk, de modo que cada laboratório não precise desenvolver sua própria experiência em, digamos, sequenciamento de genes ou microscopia especializada. Ken Diffenderfer dirige uma instalação central de células-tronco e tivemos a chance de conversar com ele sobre o que exatamente isso envolve. O que faz um núcleo de células-tronco?
Ken Diffenderfer: Sim, então nosso laboratório se concentra em fornecer modelos de células-tronco humanas para pesquisadores do instituto com o objetivo de estudar envelhecimento, desenvolvimento e doenças em sistemas de células humanas.
Allie Akmal: Conte-me um pouco sobre o que são células-tronco para quem não sabe.
Ken Diffenderfer: Sim, absolutamente. Ótima pergunta. Portanto, as células-tronco são um tipo de célula que tem uma capacidade incrivelmente única de se transformar em um tipo de célula diferente.
Allie Akmal: E o que você quer dizer com um tipo de célula diferente?
Ken Diffenderfer: Certo. Somos organismos multicelulares muito complexos que as células estão se integrando e os órgãos e sistemas de órgãos estão se integrando para nos formar, certo? Toda essa complexidade vem de uma única célula, certo? Portanto, o poder de uma célula STEM de se desenvolver em todos esses constituintes únicos de partes de órgãos de sistemas de órgãos é realmente o que os torna únicos. Essa propriedade que eles têm que lhes permite fazer isso é o que chamamos de diferenciação. E assim, no nível mais básico, uma célula-tronco é uma célula que pode se diferenciar em outra coisa.
Allie Akmal: Isso é como se especializar?
Ken Diffenderfer: Sim, absolutamente. Você pode pensar nisso dessa maneira. Sim. Portanto, a célula não tem um propósito definido e então toma decisões de vida e, com o tempo, torna-se uma unidade incrivelmente especializada que tem um propósito único dentro de qualquer parte do corpo em que esteja potencialmente existente.
Allie Akmal: Uau. Isso é muito legal. Você parece muito animado quando fala sobre células-tronco. Como você começou a fazer isso?
Ken Diffenderfer: Sim. Então, minha primeira exposição às células-tronco foi como estudante de graduação na Cal State Channel Islands e tive a oportunidade de trabalhar com um laboratório lá que estudava uma linhagem de células-tronco neurais e realmente usava isso como uma espécie de plataforma para ver como algumas drogas que um químico no campus estava desenvolvendo meio que causaria aquela célula e reagiria, certo? Isso faria com que ele se dividisse mais, se dividisse menos? Isso faria com que a célula-tronco neural produzisse tipos específicos de neurônios em frequência mais alta do que outras? Mas realmente me impressionou que essas células são incrivelmente poderosas.
Allie Akmal: Então você os estudou na graduação.
Ken Diffenderfer: Yep.
Allie Akmal: E então você foi para a pós-graduação?
Ken Diffenderfer: Sim. Sim. Então eu fui para a pós-graduação também em Cal State Channel Islands. Eu fiz um programa de mestrado lá, que tinha uma tecnologia de células-tronco como componente. E parte disso foi fazer um estágio de um ano, que fiz localmente na área de San Diego, no Scripps Institute. Isso meio que me levou a uma posição aqui no Salk.
Allie Akmal: E quais são algumas das maneiras interessantes pelas quais as células-tronco podem ser usadas em pesquisa?
Ken Diffenderfer: Ah sim, então quero dizer que eles são abundantes e diversos. Algumas das maneiras realmente empolgantes de usá-las aqui no Salk Institute são derivando linhagens de células-tronco específicas do paciente com o objetivo de estudar doenças, e essa é uma tecnologia desenvolvida por um cientista japonês chamado Shinya Yamanaka. em 2006, onde podemos efetivamente levar uma célula permanentemente diferenciada, uma célula que fez todas as suas escolhas de vida. Não é mais uma célula-tronco, e poderíamos acessar esse material por meio de uma biópsia, por meio de uma coleta de sangue, pegar essas células e revertê-las até os estágios iniciais do desenvolvimento humano.
Allie Akmal: Como você moveria isso para trás no tempo?
Ken Diffenderfer: Na maioria das vezes, quando estamos fazendo isso, a biópsia de pele chega até nós no que chamamos de biópsia por punção, mas é apenas um pequeno núcleo de pele, com aproximadamente três milímetros de diâmetro. Pegaremos aquele pedacinho de pele e o trataremos com enzimas durante a noite. E essas enzimas estão apenas quebrando todas as células individuais que estão dentro dessa biópsia. E então podemos essencialmente colocar essas células em um prato de plástico, cultivá-las, expandi-las quando começarem a cobrir toda a superfície do prato. E então podemos introduzir quatro genes-chave nessas células. E estes são os quatro genes-chave que o Dr. Yamanaka descobriu em 2006. E então usamos vírus altamente modificados que tiveram todos os elementos causadores de doenças removidos. E basicamente os usamos apenas como transportadores de material genético. E assim infectaremos as células com esses vírus e permitiremos que façam essa transição de uma célula permanentemente diferenciada e permanentemente desenvolvida até os primeiros estágios do desenvolvimento humano, que descrevemos como pluripotência.
Ken Diffenderfer: E assim esse processo leva cerca de três a quatro semanas. E assim, essencialmente como as células da pele penduradas no prato, e com o tempo elas começam a mudar ligeiramente. E vemos as células da pele mudarem dessas células muito alongadas que se aglomeram muito juntas nesses grupos de células muito, muito pequenos e compactados que chamamos de colônias. E essas colônias são as células-tronco pluripotentes induzidas começando a se formar.
Allie Akmal: Então, nesse ponto, essas células são capazes de se tornar uma célula cardíaca ou uma célula pulmonar ou uma célula cerebral?
Ken Diffenderfer: Absolutamente. Nesse ponto, essas células são pluripotentes, que é a capacidade única de uma célula-tronco de se transformar em absolutamente qualquer tipo de célula no corpo humano.
Allie Akmal: Uau.
Ken Diffenderfer: E se pensarmos em fazer isso de uma maneira específica para o paciente, como podemos com as tecnologias de células-tronco pluripotentes induzidas, a maioria das pessoas fica muito, muito animada. Tenho um parente que tem Parkinson. Você pode estudar isso, certo? Tenho um parente que tem fibrose cística. Você pode estudar isso. E assim há uma conexão imediata, as pessoas podem começar a fazer essas tecnologias e ver não apenas o valor para o tipo de comunidade acadêmica e a comunidade médica à medida que investigamos essas doenças e as entendemos melhor, mas também como esses entendimentos podem levar a melhor tratamento, melhores terapias.
Allie Akmal: Ajude-me a ter uma imagem de como é o núcleo da célula-tronco. Você tem grandes banheiras de líquido que têm células-tronco indiferenciadas apenas flutuando nelas?
Ken Diffenderfer: Sim. Essa é uma ótima pergunta. Estamos literalmente ao virar da esquina. Você quer realmente ir e fazer um tour?
Allie Akmal: Você quer dizer agora?
Ken Diffenderfer: Sim, absolutamente
Allie Akmal: Certo.
Ken Diffenderfer: Sinto que estamos em um episódio de “Radio Lab”. OK. Então vamos entrar no Core.
Allie Akmal: Ok.
Ken Diffenderfer: Se a porta se abrir para nós. Aqui vamos nós. Ok, Allie, bem-vinda ao Salk Stem Cell Core.
Allie Akmal: Obrigado, Ken.
Ken Diffenderfer: Temos alguns equipamentos especializados que nos permitem realmente visualizar os modelos de células com os quais trabalhamos. Alguns são apenas microscópios padrão que nos permitem tirar uma cultura de células de uma incubadora, colocá-la no palco do microscópio e visualizá-la, e alguns são realmente um pouco mais emocionantes. Então eu quero te mostrar agora.
Allie Akmal: O Yokogawa Cell Voyager 1000?
Ken Diffenderfer: Temos sim, então este é um sistema interessante que nos permite fazer imagens de alta resolução, imagens de estilo confocal. Mas esta câmara foi projetada para manter as células a 37 graus Celsius, que é a temperatura do corpo, e também injeta uma pequena quantidade de CO2 dentro delas, e imita exatamente as mesmas condições em que as células crescem quando as armazenamos em incubadoras. E assim podemos fazer experimentos de imagem por um longo período de tempo, programar o software que executa o microscópio para obter imagens a cada cinco minutos por hora ao longo de um dia, duas semanas, um mês.
Allie Akmal: Uau.
Ken Diffenderfer: E realmente rastreie como as células estão se comportando ao longo desse tempo e monitore essas mudanças visualmente. E este é o que usamos com mais frequência. Este é o nosso Incucyte. Este aqui é na verdade um microscópio que vive dentro de uma incubadora. Mas o que torna este muito legal é que ele pode realmente criar imagens de várias placas ao mesmo tempo. Na verdade, é uma imagem agora. Então eu não posso abri-lo e mostrar a você.
Allie Akmal: Parece um refrigerador de vinho, mas para células.
Ken Diffenderfer: Parece um refrigerador de vinho para celas. Sim, um pouco mais quente que sua geladeira de vinhos. Sim.
Allie Akmal: Ok.
Ken Diffenderfer: Sim.
Allie Akmal: Legal.
Ken Diffenderfer: Então é isso que temos neste bit. Se movermos pelo corredor aqui e virmos outra de nossas baias, e essa baia é uma baia que dedicamos à preparação da mídia. Este é um corredor um pouco longo onde temos alguns bancos ao longo de um lado e depois algumas estantes com vários artigos de vidro que usamos para produção e mídia.
Allie Akmal: E quando você diz mídia, não está falando sobre CNN ou NPR?
Ken Diffenderfer: Não, não estou falando desses meios de comunicação fantásticos. Estou falando do líquido em que as células crescem. Certo. E então este é o nosso meio de cultura de células. E muitos dos modelos de células usados aqui no núcleo de células-tronco têm critérios incrivelmente especializados para o meio líquido em que crescem. E, portanto, temos o luxo de ter alguma experiência em quais são esses requisitos aqui. E podemos realmente fazer essas mídias complicadas internamente. E então fazemos muito disso aqui nesta baía. Não está muito ocupado agora, mas a cada duas semanas fazemos uma dessas preparações de alto volume dessa mídia especializada. E é tudo feito à mão. Não há robôs ou automação fazendo isso. É a nossa pequena equipe de técnicos e eu que estamos misturando fisicamente esses vários componentes e filtrando-os estéril e, em seguida, fornecendo-os à nossa base de usuários posteriormente. Sim.
Allie Akmal: É como fazer coquetéis personalizados para células.
Ken Diffenderfer: Exatamente. Sim. Mas nós não bebemos este, infelizmente. Sim. Legal. Então, descendo, se virarmos à direita, temos uma de nossas baias de cultura de tecidos, e essas baias são absolutamente o coração da instalação. É aqui que toda a atividade de cultura de células acontece.
Allie Akmal: Então, que tipo de células você tem para nós hoje?
Ken Diffenderfer: Oh meu Deus, temos tantas coisas. A primeira coisa que quero mostrar são alguns fibroblastos.
Allie Akmal: Fibroblastos.
Ken Diffenderfer: Fibroblastos. Então, essas são células que podemos derivar de uma pequena biópsia de pele humana. Esses fibroblastos são um dos materiais de partida muito, muito comuns para fazer esse IPSC ou processo de derivação de células-tronco pluripotentes induzidas. Certo. E os fibroblastos que estamos vendo hoje são de uma colaboração com um grande grupo de pesquisadores da UCSD que estudam a doença de Alzheimer. E então esses fibroblastos são na verdade de um indivíduo com doença de Alzheimer, e nós os estamos cultivando. Portanto, este é o material inicial aqui. E antes de realmente entrarmos no microscópio, eu só quero mostrar a vocês, se vocês olharem para o poço aqui, e esta era uma de nossas placas de poços. Temos 24 pequenos poços nesta placa. E um desses poços tem uma quantidade muito, muito pequena de mídia e tem um pequeno disco de tecido que você pode ver lá. E isso é realmente-
Allie Akmal: Oh sim.
Ken Diffenderfer: A pele, a biópsia de punção de pele, bem no fundo da placa. E o que fazemos é quando essas biópsias chegam, nós as tratamos durante a noite com enzimas. E então, no dia seguinte, vamos entrar e enxaguar as enzimas e então colocar aquele pequeno disco de tecido no fundo do prato que foi codificado com gelatina, exatamente a mesma gelatina que você usaria em casa para fazer gelatina. É apenas um tipo biológico de grau de cultura de células-
Allie Akmal: Uau.
Ken Diffenderfer: Disso. E então deixamos que ela se prenda a essa gelatina e colocamos a menor quantidade de mídia nela. Apenas o suficiente para mantê-lo hidratado, mas não tanto que a mídia ultrapasse o topo do tecido. Porque se isso acontecer, o tecido vai começar a flutuar. E queremos que ele fique sobre a gelatina. E enquanto ela fica sobre a gelatina, pequenas células vão começar a rastejar para fora dessa biópsia. E é assim que derivamos as células desse tecido.
Allie Akmal: Uau. E você está controlando o microscópio com os computadores que-
Ken Diffenderfer: Portanto, este microscópio tem uma pequena câmera nele, e isso realmente permite que todos nós olhemos exatamente para a mesma coisa ao mesmo tempo, em vez de todos tentarem se espremer nas duas pequenas oculares. E assim temos uma pequena câmera, e isso vai apenas transmitir esta imagem para a tela do computador aqui. Deixe-me focar isso de forma adequada. Aqui está a borda do tecido. É um pequeno disco circular. Vamos examinar ao redor e ver se podemos ver alguma célula. Acho que vejo alguns. Obtenha esse foco adequadamente. Então, se você olhar bem para a borda aqui, é um pouco difícil de ver na tela. Você pode ver que temos essas pequenas células, essas pequenas células circulares bem na borda desse tecido e ali, elas meio que rastejam para fora do tecido.
Allie Akmal: Então, os pequenos círculos translúcidos, é isso que você quer dizer?
Ken Diffenderfer: Yeah, yeah. Aqueles presos ao fundo da placa aqui.
Allie Akmal: Ok.
Ken Diffenderfer: Oh sim. Aqui está uma área muito mais dinâmica. Portanto, este é realmente um exemplo maior e melhor disso, e você pode ver aqui que estou na parte superior da biópsia, essa área é muito ativa com células que estão rastejando para fora dela.
Allie Akmal: Para ser claro, não estamos vendo nenhum movimento em tempo real, mas há uma maior concentração de células na borda do tecido da biópsia, cujo movimento para fora seria óbvio se olhássemos para uma imagem tirada anteriormente. Quase parece um recife no oceano.
Ken Diffenderfer: Sim.
Allie Akmal: Que você está vendo abaixo da superfície.
Ken Diffenderfer: Sim. Absolutamente. Você poderia pensar nisso assim. Sim Sim Sim. Então, a próxima coisa, vocês são células-tronco pluripotentes induzidas. Eles parecem um grupo muito compacto de células que normalmente veríamos no início do desenvolvimento humano.
Allie Akmal: Como logo depois que um esperma fertilizou um óvulo?
Ken Diffenderfer: Sim, cinco dias depois disso.
Allie Akmal: Uau.
Ken Diffenderfer: Sim. Sim. Mas essas células não são desse processo. Certo? Estas são células-tronco pluripotentes induzidas que vieram da pele humana que reprogramamos para o estado de células-tronco pluripotentes induzidas, mas elas ainda meio que imitam muitas dessas qualidades, muitos desses comportamentos que veríamos com um tronco embrionário célula.
Allie Akmal: Isso é incrível.
Ken Diffenderfer: Então, o que eu mostraria a seguir é um dos tipos de pontos de extremidade empolgantes que podemos gerar. E estes são cardiomiócitos ou células do músculo cardíaco. OK. E o mais legal dessas células é que conforme passamos pelo processo de diferenciá-las das células-tronco pluripotentes e elas amadurecem, as células maduras farão algo muito, muito legal. Espero que vocês possam ver.
Allie Akmal: Oh meu Deus.
Ken Diffenderfer: Que essas células estão realmente pulsando ritmicamente.
Allie Akmal: Sim.
Ken Diffenderfer: E isso não é nenhum truque. Não estou sacudindo o prato. Isso é o que essas células fazem à medida que amadurecem.
Allie Akmal: Isso é louco. Estão todos sincronizados.
Ken Diffenderfer: Eles são um pouco sincronizados, certo? Ainda não é a organização dramática de um coração de quatro câmaras que esperaríamos ver. Mas não é um tipo de evento aleatório. Certo? Existe alguma organização mesmo em uma monocamada, camada única de células que está fazendo-
Allie Akmal: Sim, é selvagem. Nos estágios iniciais, eles meio que sabem o que devem fazer.
Ken Diffenderfer: Sim. Sim. Então é isso que estamos vendo aqui.
Allie Akmal: Isso é realmente incrível.
Ken Diffenderfer: Batendo células do coração. Sim.
Allie Akmal: Isso é tão…
Ken Diffenderfer: Então é difícil descrever, certo?
Allie Akmal: É difícil parar de procurar.
Ken Diffenderfer: É muito difícil parar de olhar. Ficamos muito nerds com isso e adoramos assistir. Quando tivermos um dia ruim, iremos apenas examinar os cardiomiócitos.
Allie Akmal: É realmente calmante.
Ken Diffenderfer: Admire-os. Sim. Só precisamos de alguma música do tipo Zen aqui. Todos nós podemos ficar relaxados. Retire os tapetes de ioga.
Allie Akmal: Muito legal.
Ken Diffenderfer: Sim.
Allie Akmal: E quanto tempo eles podem ficar assim?
Ken Diffenderfer: Sim, então os cardiomiócitos em nossas mãos são muito sensíveis à mudança de temperatura. Assim, como eles ficam fora da incubadora, eles vão começar a desacelerar e, eventualmente, vão parar de bater. Nós os jogamos de volta na incubadora, eles vão começar a bater de novo dentro de algumas horas. OK. Além disso, quando mudamos a mídia nessas células, vemos que acontece a mesma coisa: elas ficam mais lentas ou param de bater. E então, se os colocarmos de volta na incubadora dentro de algumas horas, eles estarão batendo novamente. Então pessoal, na verdade eu salvei isso para vocês quando estávamos passando mais cedo.
Allie Akmal: Como assim?
Ken Diffenderfer: Um de nossos técnicos aqui estava prestes a trocar a mídia em tudo isso. Então eu o peguei logo antes.
Allie Akmal: Oh uau
Ken Diffenderfer: Caso contrário, provavelmente não veríamos células batendo agora.
Allie Akmal: Uau.
Ken Diffenderfer: Sim.
Allie Akmal: Eles estariam apenas descansando e se acostumando com a nova mídia.
Ken Diffenderfer: Eles estariam descansando e se acostumando com a nova mídia. Exatamente.
Allie Akmal: Oh meu Deus, você nos deu o grande tour.
Ken Diffenderfer: Obrigado.
Allie Akmal: Você atingiu todos os destaques.
Ken Diffenderfer: Muito obrigado por ter vindo. Estou muito feliz por podermos compartilhar um pouco das células com vocês hoje e mostrar isso.
Alto-falante 1: Junte-se a nós na próxima vez para mais ciência Salk de ponta. No Salk, cientistas de renome mundial trabalham juntos para explorar ideias grandes e ousadas, do câncer ao mal de Alzheimer, do envelhecimento às mudanças climáticas. Where Cures Begin é uma produção do Salk Institute's Office of Communications. Para saber mais sobre a pesquisa discutida hoje, visite salk.edu/podcast.