Por décadas, o enorme potencial de cura de células-tronco humanas foi frustrado pela incapacidade de produzir quantidades suficientes de células humanas maduras in vivo – em um organismo vivo.
Agora, uma equipe de cientistas liderada pela University at Buffalo desenvolveu um método que aumenta drasticamente a produção de células humanas maduras em embriões de camundongos. A produção de células humanas in vivo é fundamental porque as células produzidas em uma placa de Petri geralmente não se comportam da mesma maneira que as células do corpo.
A pesquisa foi publicada em 13 de maio de 2020, em Avanços científicos.
“Esta é uma pesquisa fundamental que nos permite usar o embrião de rato para nos ajudar a entender melhor o desenvolvimento humano”, disse Jian Feng, PhD, autor e professor correspondente de fisiologia e biofísica na Escola de Medicina Jacobs e Ciências Biomédicas da UB.
“O desenvolvimento futuro de nossa tecnologia pode permitir a geração de quantidades ainda maiores de tipos específicos de células humanas maduras, permitindo-nos criar modelos de camundongos mais eficazes para estudar doenças que afetam gravemente os seres humanos, como a malária ou o COVID-19”, disse Feng.
E como esse método produz tantas células humanas maduras, ele pode potencialmente gerar materiais para tratar doenças crônicas, como diabetes ou insuficiência renal, substituindo as células danificadas de um paciente por células ou tecidos humanos saudáveis.
Aplicações de doenças infecciosas
Feng explicou que pode ser possível criar um modelo de camundongos muito melhor do sistema imunológico humano ou componentes do sistema respiratório humano para estudar o COVID-19, uma doença que causa estragos nos seres humanos, mas que mal afeta os ratos.
Também poderia ser possível usar o novo método para produzir ratos com glóbulos vermelhos humanos ainda mais maduros. Tais camundongos seriam muito eficazes no estudo da malária, uma doença que afeta apenas humanos ao destruir nossos glóbulos vermelhos.
“Temos muitas perguntas a responder antes que a tecnologia possa ser útil, mas é a primeira vez que alguém gera tantas células humanas maduras em um embrião de camundongo”, disse Feng.
Milhões de células humanas maduras em 17 dias
Esforços anteriores para produzir células humanas em embriões de camundongos geraram pequenas quantidades de células imaturas que são difíceis de quantificar. Por outro lado, o método UB resultou em milhões de células humanas maduras em um embrião de camundongo em 17 dias.
Neste estudo, os pesquisadores injetaram 10 a 12 células-tronco humanas ingênuas em um blastocisto de camundongo quando ele tinha 3,5 dias de idade. O embrião de camundongo gerou milhões de células humanas maduras, incluindo glóbulos vermelhos, células oculares e hepáticas, conforme se desenvolvia.
“Sabemos que até quatro por cento do número total de células no embrião de camundongo eram células humanas”, Feng. “Esta é uma estimativa baixa, porque não podemos quantificar a grande quantidade de glóbulos vermelhos humanos gerada no embrião do rato”.
Ele disse que, como esses glóbulos vermelhos humanos maduros não têm núcleo, eles não são contados pelo método que os cientistas usam para quantificar o número total de células.
A técnica da equipe envolveu a superação de um desafio importante: a conversão de células-tronco pluripotentes humanas, que podem se diferenciar em todos os tipos de células do corpo, em uma forma compatível com a massa celular interna dentro de um blastocisto de camundongo – um embrião de três dias de idade . As células-tronco humanas estão em um estado “preparado”, enquanto a massa celular interna no blastocisto do mouse está em um estado ingênuo.
“Quando as células humanas preparadas são colocadas no blastocisto do rato, elas não se desenvolvem”, disse Feng, observando que a incompatibilidade entre os diferentes estágios de desenvolvimento das células parece ser responsável.
“Queríamos ver se era possível que as células ativadas pelo homem voltassem ao estado ingênuo, assim como as células-tronco pluripotentes dentro de um blastocisto de camundongo”, disse Feng. “Isto é o que fizemos.”
“Nosso método é inibir transitoriamente a mTOR cinase por três horas para chocar as células preparadas humanas para o estado ingênuo”, disse Feng. “O bloqueio da mTOR cinase desencadeia uma série de eventos que religam a expressão gênica e o metabolismo celular, para que as células ativadas se tornem ingênuas.”
A conversão das células-tronco humanas preparadas em estágio posterior para um estado ingênuo anterior e menos desenvolvido permitiu que as células-tronco humanas co-desenvolvessem com a massa celular interna em um blastocisto de camundongo.
“As células-tronco humanas injetadas agora se desenvolvem no ritmo muito mais rápido do embrião de camundongo, apoiando a geração de milhões de células humanas maduras em 17 dias”, disse Feng.
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Referência: “A inibição transitória do mTOR em células-tronco pluripotentes humanas permite a formação robusta de embriões quiméricos humano-camundongo” por Zhixing Hu, Hanqin Li, Houbo Jiang, Yong Ren, Xinyang Yu, Jingxin Qiu, Aimee B. Stablewski, Boyang Zhang, Michael J. Buck e Jian Feng, 13 de maio de 2020, Avanços científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.aaz0298
Além de Feng, os co-autores da UB são Zhixing Hu, Hanqin Li, Houbo Jiang, Yong Ren e Boyang Zhang, do Departamento de Fisiologia e Biofísica, e Xinyang Yu e Michael J. Buck, do Departamento de Bioquímica, todos os Escola Jacobs. Outros co-autores são Jingxin Qiu e Aimee B. Stablewski, do Roswell Park Comprehensive Cancer Center.
O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelo NYSTEM e pela Buffalo Blue Sky Initiative.
Fonte: scitechdaily.com