Embriões sintéticos de camundongos com cérebro rudimentar foram cultivados em laboratório
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.
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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 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.