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Embriões sintéticos de camundongos com cérebro rudimentar foram cultivados em laboratório

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Estruturas semelhantes a embriões cultivadas em uma incubadora em vez de um útero1 podem levar a melhores tratamentos para infertilidade2 e uma série de outras condições médicas.

Neste novo estudo, publicado na revista Nature, pesquisadores desenvolveram embriões sintéticos feitos de células-tronco3 de camundongos, que foram persuadidos a desenvolver os primórdios de um cérebro4 e de um coração5 pulsante enquanto cresciam em laboratório.

O resultado é uma estrutura semelhante a um embrião que é a mais próxima de um embrião em desenvolvimento natural no útero1, diz Magdalena Zernicka-Goetz, da Universidade de Cambridge, cuja equipe também está usando o mesmo método para fazer embriões humanos sintéticos, embora sejam menos avançados.

A técnica pode levar a avanços na criação de tecidos e órgãos para transplante e um dia ser usada como tratamento de fertilidade para pessoas que não conseguem produzir espermatozoides6 ou óvulos.

Os embriões humanos geralmente só podem ser estudados em uma placa7 de petri até cerca de uma semana de idade, porque nessa fase eles normalmente se implantam na placenta, que fornece oxigênio e nutrição8. Além disso, a maioria dos países tem uma regra de que os embriões humanos não podem ser cultivados após 14 dias, pois depois disso eles podem ser considerados formas de vida separadas.

Em 2017, Zernicka-Goetz e sua equipe anunciaram que podiam criar estruturas semelhantes a embriões que se desenvolveram por vários dias pegando algumas células-tronco3 de um embrião de camundongo e cultivando-as ao lado de células9 trofoblásticas, que normalmente formam a placenta.

O método despertou interesse mundial, pois permitiria que embriões sintéticos fossem criados sob encomenda e geneticamente ajustados para melhorar nossa compreensão desse misterioso estágio do desenvolvimento humano. Atualmente, alguns embriões indesejados criados em clínicas de fertilização10 in vitro podem ser doados para pesquisa, mas apenas um pequeno número está disponível e geralmente são afetados por condições médicas. “A grande questão que estamos abordando é como começamos nossas vidas”, diz Zernicka-Goetz.

Leia sobre "Células-tronco3", "Genética - conceitos básicos" e "Gestação semana a semana".

Agora, pesquisadores liderados por Jacob Hanna, do Instituto de Ciência Weizmann, em Israel, anunciaram que fizeram embriões sintéticos de camundongos semelhantes a embriões reais 8,5 dias após a fertilização10, cultivando células-tronco3 embrionárias ao lado de outros dois tipos de células9 auxiliares. Essas células9 auxiliares foram feitas alterando geneticamente células-tronco3 embrionárias para transformá-las em células9 formadoras da placenta, bem como um terceiro tipo de tecido11 chamado endoderme12, que normalmente direciona o desenvolvimento.

Nos estágios posteriores, as estruturas foram cultivadas em uma incubadora rotativa especial com pressão de oxigênio elevada.

Agora, Zernicka-Goetz e sua equipe conseguiram um feito semelhante, também usando a incubadora de Hanna, embora tenham obtido os dois tipos de células9 auxiliares retirando-as de outros embriões. Seus embriões sintéticos também se assemelhavam a embriões reais de 8,5 dias. Após esse estágio, os embriões sintéticos começam a morrer, mas as equipes estão tentando novas abordagens para ajudá-los a sobreviver por mais tempo.

Zernicka-Goetz diz que a parte que se torna o cérebro4 é mais avançada do que em qualquer abordagem anterior, pois inclui o prosencéfalo em desenvolvimento. “Este é o primeiro sistema modelo que pode desenvolver todas as partes do futuro cérebro”, diz ela.

Hanna, no entanto, diz que seus embriões sintéticos são tão avançados quanto os de Zernicka-Goetz e contêm moléculas que significam o desenvolvimento de tecido11 do prosencéfalo. Ele diz que ser capaz de fazer os embriões sintéticos a partir de uma única fonte de células-tronco3 embrionárias manipulando-as geneticamente, como sua equipe fez, “é uma grande surpresa e constitui um método simplificado e melhor”.

Se embriões sintéticos pudessem ser feitos a partir de células9 humanas, no futuro eles poderiam ser usados para criar novas fontes de células9 e tecidos para transplante em pessoas ou para curar órgãos que estão falhando, como o fígado13 ou o coração5. Eles também poderiam ser usados para testar medicamentos para ver se são seguros para a gravidez14, diz Zernicka-Goetz.

Lluís Montoliu, do Centro Nacional de Biotecnologia de Madri, na Espanha, diz que a criação de embriões sintéticos é tão importante quanto foi a ovelha Dolly, o primeiro mamífero a ser feito pela clonagem de uma célula15 do corpo adulto. “Estamos, sem dúvida, diante de uma nova revolução tecnológica, ainda muito ineficiente, mas com um enorme potencial”, afirmou em comunicado.

No artigo publicado, os pesquisadores descrevem como os embriões sintéticos completam a gastrulação para neurulação e organogênese.

Eles relatam que as células-tronco3 embrionárias (CTE) podem sofrer muitos aspectos da embriogênese16 de mamíferos in vitro, mas seu potencial de desenvolvimento é substancialmente estendido por interações com células-tronco3 extraembrionárias, incluindo células-tronco3 trofoblásticas (CTTs), células-tronco3 extraembrionárias da endoderme12 (XEN) e células9 XEN induzíveis (iXEN).

Nesta pesquisa, montou-se embriões derivados de células-tronco3 in vitro a partir de CTEs, CTTs e iXEN de camundongo e mostrou-se que eles recapitulam todo o desenvolvimento natural de embriões de camundongo no útero1 até o dia 8,5.

Esse modelo de embrião exibe dobras de cabeça17 com regiões definidas do prosencéfalo e mesencéfalo18 e desenvolve uma estrutura semelhante a um coração5 pulsante, um tronco composto por um tubo neural19 e somitos, um broto de cauda contendo progenitores neuromesodérmicos, um tubo intestinal e células germinativas20 primordiais.

Esse modelo de embrião completo se desenvolve dentro de um saco vitelino extraembrionário que inicia o desenvolvimento da ilha de sangue21. É importante ressaltar que foi demonstrado que o modelo de embrião que passou pela fase de neurulação, montado a partir de CTEs com inativação do gene Pax6 agregadas com CTTs de tipo selvagem e iXENs recapitula a expansão do domínio ventral do tubo neural19 que ocorre em embriões com inativação do gene Pax6 naturais e onipresentes.

Assim, esses embrioides completos são um poderoso modelo in vitro para dissecar os papéis de diversas linhagens e genes no desenvolvimento. Esses resultados demonstram a capacidade de auto-organização das células-tronco3 embrionárias e de dois tipos de células-tronco3 extraembrionárias para reconstituir o desenvolvimento de mamíferos através e além da gastrulação para neurulação e organogênese precoce.

Veja também sobre "Alguns conceitos ligados à reprodução22 humana" e "A gravidez14 e suas etapas na mãe e no bebê".

 

Fontes:
Nature, publicação em 25 de agosto de 2022.
New Scientist, notícia publicada em 25 de agosto de 2022.

 

NEWS.MED.BR, 2022. Embriões sintéticos de camundongos com cérebro rudimentar foram cultivados em laboratório. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1424655/embrioes-sinteticos-de-camundongos-com-cerebro-rudimentar-foram-cultivados-em-laboratorio.htm>. Acesso em: 2 out. 2022.

Complementos

1 Útero: Orgão muscular oco (de paredes espessas), na pelve feminina. Constituído pelo fundo (corpo), local de IMPLANTAÇÃO DO EMBRIÃO e DESENVOLVIMENTO FETAL. Além do istmo (na extremidade perineal do fundo), encontra-se o COLO DO ÚTERO (pescoço), que se abre para a VAGINA. Além dos istmos (na extremidade abdominal superior do fundo), encontram-se as TUBAS UTERINAS.
2 Infertilidade: Capacidade diminuída ou ausente de gerar uma prole. O termo não implica a completa inabilidade para ter filhos e não deve ser confundido com esterilidade. Os clínicos introduziram elementos físicos e temporais na definição. Infertilidade é, portanto, freqüentemente diagnosticada quando, após um ano de relações sexuais não protegidas, não ocorre a concepção.
3 Células-tronco: São células primárias encontradas em todos os organismos multicelulares que retêm a habilidade de se renovar por meio da divisão celular mitótica e podem se diferenciar em uma vasta gama de tipos de células especializadas.
4 Cérebro: Derivado do TELENCÉFALO, o cérebro é composto dos hemisférios direito e esquerdo. Cada hemisfério contém um córtex cerebral exterior e gânglios basais subcorticais. O cérebro inclui todas as partes dentro do crânio exceto MEDULA OBLONGA, PONTE e CEREBELO. As funções cerebrais incluem as atividades sensório-motora, emocional e intelectual.
5 Coração: Órgão muscular, oco, que mantém a circulação sangüínea.
6 Espermatozóides: Células reprodutivas masculinas.
7 Placa: 1. Lesão achatada, semelhante à pápula, mas com diâmetro superior a um centímetro. 2. Folha de material resistente (metal, vidro, plástico etc.), mais ou menos espessa. 3. Objeto com formato de tabuleta, geralmente de bronze, mármore ou granito, com inscrição comemorativa ou indicativa. 4. Chapa que serve de suporte a um aparelho de iluminação que se fixa em uma superfície vertical ou sobre uma peça de mobiliário, etc. 5. Placa de metal que, colocada na dianteira e na traseira de um veículo automotor, registra o número de licenciamento do veículo. 6. Chapa que, emitida pela administração pública, representa sinal oficial de concessão de certas licenças e autorizações. 7. Lâmina metálica, polida, usualmente como forma em processos de gravura. 8. Área ou zona que difere do resto de uma superfície, ordinariamente pela cor. 9. Mancha mais ou menos espessa na pele, como resultado de doença, escoriação, etc. 10. Em anatomia geral, estrutura ou órgão chato e em forma de placa, como uma escama ou lamela. 11. Em informática, suporte plano, retangular, de fibra de vidro, em que se gravam chips e outros componentes eletrônicos do computador. 12. Em odontologia, camada aderente de bactérias que se forma nos dentes.
8 Nutrição: Incorporação de vitaminas, minerais, proteínas, lipídios, carboidratos, oligoelementos, etc. indispensáveis para o desenvolvimento e manutenção de um indivíduo normal.
9 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
10 Fertilização: Contato entre espermatozóide e ovo, determinando sua união.
11 Tecido: Conjunto de células de características semelhantes, organizadas em estruturas complexas para cumprir uma determinada função. Exemplo de tecido: o tecido ósseo encontra-se formado por osteócitos dispostos em uma matriz mineral para cumprir funções de sustentação.
12 Endoderme: É uma das camadas germinativas primárias do embrião, ela é a mais interna, da qual derivam o epitélio da faringe e o resto do tubo digestivo, a bexiga, a uretra etc.
13 Fígado: Órgão que transforma alimento em energia, remove álcool e toxinas do sangue e fabrica bile. A bile, produzida pelo fígado, é importante na digestão, especialmente das gorduras. Após secretada pelas células hepáticas ela é recolhida por canalículos progressivamente maiores que a levam para dois canais que se juntam na saída do fígado e a conduzem intermitentemente até o duodeno, que é a primeira porção do intestino delgado. Com esse canal biliar comum, chamado ducto hepático, comunica-se a vesícula biliar através de um canal sinuoso, chamado ducto cístico. Quando recebe esse canal de drenagem da vesícula biliar, o canal hepático comum muda de nome para colédoco. Este, ao entrar na parede do duodeno, tem um músculo circular, designado esfíncter de Oddi, que controla o seu esvaziamento para o intestino.
14 Gravidez: Condição de ter um embrião ou feto em desenvolvimento no trato reprodutivo feminino após a união de ovo e espermatozóide.
15 Célula: Unidade funcional básica de todo tecido, capaz de se duplicar (porém algumas células muito especializadas, como os neurônios, não conseguem se duplicar), trocar substâncias com o meio externo à célula, etc. Possui subestruturas (organelas) distintas como núcleo, parede celular, membrana celular, mitocôndrias, etc. que são as responsáveis pela sobrevivência da mesma.
16 Embriogênese: Sequência de eventos que leva à formação do embrião a partir do zigoto.
17 Cabeça:
18 Mesencéfalo: O meio das três vesículas cerebrais primitivas no encéfalo embrionário. Sem outra subdivisão, o mesencéfalo se desenvolve em uma porção curta e estreita, unindo a PONTE e o DIENCÉFALO. O mesencéfalo contém duas partes principais Sinônimos: Cérebro Médio
19 Tubo neural: Estrutura embrionária que dará origem ao cérebro e à medula espinhal. Durante a gestação humana, o tubo neural dá origem a três vesículas: romboencéfalo, mesencéfalo e prosencéfalo.
20 Células Germinativas: São as células responsáveis pela reprodução sexuada e contêm metade do número total de cromossomos de uma espécie. Os espermatozoides (homem) e os ovócitos (mulher) são células germinativas.
21 Sangue: O sangue é uma substância líquida que circula pelas artérias e veias do organismo. Em um adulto sadio, cerca de 45% do volume de seu sangue é composto por células (a maioria glóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas). O sangue é vermelho brilhante, quando oxigenado nos pulmões (nos alvéolos pulmonares). Ele adquire uma tonalidade mais azulada, quando perde seu oxigênio, através das veias e dos pequenos vasos denominados capilares.
22 Reprodução: 1. Função pela qual se perpetua a espécie dos seres vivos. 2. Ato ou efeito de reproduzir (-se). 3. Imitação de quadro, fotografia, gravura, etc.
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