Embriões sintéticos de camundongos com cérebro rudimentar foram cultivados em laboratório

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

Neste novo estudo, publicado na revista Nature, pesquisadores desenvolveram embriões sintéticos feitos de células-tronco de camundongos, que foram persuadidos a desenvolver os primórdios de um cérebro e de um coração 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 útero, 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 espermatozoides ou óvulos.

Os embriões humanos geralmente só podem ser estudados em uma placa de petri até cerca de uma semana de idade, porque nessa fase eles normalmente se implantam na placenta, que fornece oxigênio e nutrição. 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-tronco de um embrião de camundongo e cultivando-as ao lado de células 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 fertilização 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.

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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 fertilização, cultivando células-tronco embrionárias ao lado de outros dois tipos de células auxiliares. Essas células auxiliares foram feitas alterando geneticamente células-tronco embrionárias para transformá-las em células formadoras da placenta, bem como um terceiro tipo de tecido chamado endoderme, 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 células 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 cérebro 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 tecido do prosencéfalo. Ele diz que ser capaz de fazer os embriões sintéticos a partir de uma única fonte de células-tronco 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 células humanas, no futuro eles poderiam ser usados para criar novas fontes de células e tecidos para transplante em pessoas ou para curar órgãos que estão falhando, como o fígado ou o coração. Eles também poderiam ser usados para testar medicamentos para ver se são seguros para a gravidez, 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 célula 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-tronco embrionárias (CTE) podem sofrer muitos aspectos da embriogênese de mamíferos in vitro, mas seu potencial de desenvolvimento é substancialmente estendido por interações com células-tronco extraembrionárias, incluindo células-tronco trofoblásticas (CTTs), células-tronco extraembrionárias da endoderme (XEN) e células XEN induzíveis (iXEN).

Nesta pesquisa, montou-se embriões derivados de células-tronco 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 útero até o dia 8,5.

Esse modelo de embrião exibe dobras de cabeça com regiões definidas do prosencéfalo e mesencéfalo e desenvolve uma estrutura semelhante a um coração pulsante, um tronco composto por um tubo neural e somitos, um broto de cauda contendo progenitores neuromesodérmicos, um tubo intestinal e células germinativas primordiais.

Esse modelo de embrião completo se desenvolve dentro de um saco vitelino extraembrionário que inicia o desenvolvimento da ilha de sangue. 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 neural 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-tronco embrionárias e de dois tipos de células-tronco extraembrionárias para reconstituir o desenvolvimento de mamíferos através e além da gastrulação para neurulação e organogênese precoce.

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