Saúde
Novo modelo fornece uma janela sem precedentes para o desenvolvimento embrionário humano
Duas a três semanas após a concepção, um embrião enfrenta um ponto crítico em seu desenvolvimento. Na fase conhecida como gastrulação, inicia-se a transformação das células embrionárias em células especializadas. Isso inicia uma explosão...
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Isabella Backman - 05/07/2023
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Duas a três semanas após a concepção, um embrião enfrenta um ponto crítico em seu desenvolvimento. Na fase conhecida como gastrulação, inicia-se a transformação das células embrionárias em células especializadas. Isso inicia uma explosão de diversidade celular na qual as células embrionárias mais tarde se tornam as precursoras do futuro sangue, tecido, músculo e mais tipos de células, e os eixos primitivos do corpo começam a se formar. Estudar esse processo no contexto específico do ser humano apresentou desafios significativos para os biólogos, mas novas pesquisas oferecem uma janela sem precedentes para esse ponto no tempo do desenvolvimento humano.
Uma estratégia recente para combater esses desafios é modelar o desenvolvimento do embrião usando tecnologias de células-tronco, com muitas abordagens valiosas surgindo de grupos de pesquisa em todo o mundo. Mas os embriões não crescem isoladamente e a maioria dos modelos de desenvolvimento anteriores carecia de tecidos de suporte cruciais para o crescimento embrionário. Um modelo inovador que inclui componentes embrionários e extraembrionários permitirá aos pesquisadores estudar como essas duas partes interagem em torno dos estágios de gastrulação – fornecendo uma visão única dos processos moleculares e celulares que ocorrem e oferecendo novos insights potenciais sobre por que as gestações podem falhar, bem como as origens dos distúrbios congênitos. A equipe, incluindo Berna Sozen, PhD , e Zachary Smith, PhD, ambos professores assistentes de genética na Yale School of Medicine (YSM), publicaram suas descobertas na Nature? em 27 de junho.
“Este trabalho é extremamente importante, pois fornece uma abordagem ética para entender os estágios iniciais do crescimento humano”, diz Valentina Greco, PhD , Carolyn Walch Slayman, professora de genética na YSM e presidente eleita da Sociedade Internacional para Pesquisa de Células-Tronco ( ISSCR), que não esteve envolvido no estudo. “Este modelo de células-tronco oferece uma excelente alternativa para começar a entender aspectos de nosso próprio desenvolvimento inicial que normalmente estão ocultos no corpo da mãe.”
“Os grupos de Sozen e Smith alcançaram um marco no desenvolvimento de modelos in vitro para estudar os primeiros estágios do desenvolvimento humano que são impraticáveis, mas tão importantes para a compreensão da saúde e da doença”, diz Haifan Lin, PhD , Eugene Higgins Professor of Cell Biology , diretor do Yale Stem Cell Center e presidente do ISSCR. “Eu recomendo sua realização excepcional, bem como sua sensibilidade para questões éticas, limitando a capacidade do modelo de se desenvolver ainda mais”
As questões éticas são profundas, incluindo se esses modelos têm o potencial de se transformar em seres humanos. Sozen, o principal investigador do estudo, enfatiza que não. O artigo publicado demonstra que este modelo carece de células trofectodérmicas, que são necessárias para que um embrião se implante no útero. Sozen diz que este modelo também representa um estágio de desenvolvimento além do prazo em que os embriões podem se implantar. “É muito importante focar no fato de que nosso modelo não pode crescer mais ou implantar e, portanto, não é considerado um embrião humano”, diz ela. Mas como estratégia reducionista para imitar e estudar aspectos do desenvolvimento natural, seu potencial é imenso, especialmente onde as diretrizes universais limitam severamente a capacidade dos cientistas de estudar embriões reais.
Novo modelo contém tecidos embrionários e extraembrionários
Todos os embriões têm dois componentes - embrionário e extraembrionário. Os tecidos que temos agora em nossos corpos adultos cresceram a partir do componente embrionário. O componente extraembrionário inclui os tecidos que oferecem suporte nutricional e outros, como a placenta e o saco vitelino. A maioria dos modelos de embriões anteriores de estágios de desenvolvimento em torno da gastrulação eram modelos de tecido único que continham apenas o componente embrionário.
No novo estudo, a equipe liderada por Yale cultivou células-tronco embrionárias in vitro no laboratório para gerar seu novo modelo. Eles transferiram essas células para um sistema de cultura 3D e as expuseram a condições que estimularam as células a se auto-organizarem e se diferenciarem espontaneamente. As células divergiram em duas linhagens - precursores embrionários e extraembrionários. As células extraembrionárias neste modelo foram precursoras do saco vitelino. Os pesquisadores cultivaram essas linhagens celulares na cultura por aproximadamente uma semana e analisaram como elas se guiavam à medida que se desenvolviam. “Começamos a olhar para detalhes muito mecanicistas, como quais sinais eles estão dando uns aos outros e como genes específicos estão impactando uns aos outros”, diz Sozen. “Isso foi limitado na literatura anteriormente.”
A Necessidade de Modelos de Desenvolvimento Humano
Embora os pesquisadores tenham aprendido muito com embriões de outras espécies, como camundongos, a falta de acesso a embriões humanos deixou lacunas de conhecimento significativas sobre nosso desenvolvimento. “Se você quer entender o desenvolvimento humano, precisa olhar para o sistema humano”, diz Sozen. “Este trabalho é muito importante porque nos dá informações diretas sobre nossa própria espécie.” Esse modelo não apenas dá acesso à janela da gastrulação humana, mas também permite uma maior quantidade de pesquisas. A capacidade de gerar até milhares desses modelos permitirá análises em massa que não são possíveis com embriões humanos. “Sou um cientista com uma visão”, diz Sozen. “Mas pensar sobre o que outros cientistas estão imaginando globalmente e o que todos podemos realizar é muito, muito emocionante para mim.”
O novo modelo tem mais de 70% de eficiência – em outras palavras, as células-tronco se agregam corretamente em aproximadamente 70% do tempo. Conforme observado pelos autores, existem algumas limitações para a estratégia e é um desafio comparar algumas descobertas com o próprio embrião natural. Sozen espera continuar trabalhando nos modelos para que eles se tornem mais padronizados no futuro.
A equipe acredita que os modelos transformarão o conhecimento dos cientistas em torno da biologia do desenvolvimento humano. Em sua última publicação, a equipe explorou alguns dos caminhos moleculares subjacentes ao início da gastrulação humana. Em estudos futuros, eles esperam aprofundar ainda mais os caminhos do desenvolvimento, incluindo se a perda da gravidez e os distúrbios congênitos podem resultar de falhas durante os estágios da gastrulação. Sozen acredita que seu modelo pode ser usado para observar alguns desses distúrbios e aprender mais sobre o que está dando errado. “Sistemas de modelo anteriores foram capazes de olhar para isso, mas nosso modelo é único porque tem esse tecido extra que nos permite analisar um pouco mais profundamente”, diz ela.
