Como os órgãos humanos se desenvolvem e o que acontece com eles quando ficam doentes? Para responder a essas perguntas, os pesquisadores estão cada vez mais se concentrando nos chamados organoides. Esses mini-órgãos, com apenas alguns milímetros de tamanho, consistem em grupos de células cultivadas em laboratório que podem formar estruturas semelhantes a órgãos.

Semelhante ao desenvolvimento embrionário, os organoides permitem investigar a interação das células no espaço tridimensional — por exemplo, em processos metabólicos ou mecanismos de doenças.

A produção de organoides é complicada; os nutrientes, fatores de crescimento e moléculas de sinalização necessários devem ser adicionados em uma ordem específica e em momentos específicos, de acordo com um cronograma preciso.

Em 2021, a equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Robert Zweigerdt, biólogo celular do Laboratório de Pesquisa Leibniz para Biotecnologia e Órgãos Artificiais (LEBAO) da Faculdade de Medicina de Hannover (MHH), conseguiu pela primeira vez produzir um organoide formador de coração (HFO) e reproduzir todo o caminho até o estágio inicial de um coração humano em cultura de células.

Um problema não resolvido na ciência até o momento tem sido o desenvolvimento de um modelo que simula o desenvolvimento do coração e a hematopoiese em combinação. A hematopoiese começa no embrião humano após a quarta semana na aorta, próximo em tempo e localização à anlage cardíaca.

Com base em seu modelo de organoide cardíaco, os pesquisadores gradualmente adicionaram fatores especiais e, assim, criaram um novo organoide cardíaco gerador de sangue (HFO gerador de sangue, BG-HFO). Este sucesso de pesquisa foi publicado recentemente na Nature Cell Biology .

Os mini-corações são criados a partir de células-tronco pluripotentes humanas (hPSC). Essas são células com propriedades especiais: elas podem ser propagadas indefinidamente em cultura e formar qualquer tipo de célula. Com a ajuda de sinais biológicos ou químicos incorporados em uma matriz de hidrogel, as hPSCs podem ser controladas de tal forma que agregados celulares tridimensionais se desenvolvam em organoides cardíacos em 10 a 14 dias. Essas não são aglomerados de células musculares cardíacas, mas estruturas complexas que consistem em pelo menos sete tipos diferentes de células e tecidos claramente estruturados.

Assim como no desenvolvimento embrionário natural , o minicoração artificial consiste em três camadas em forma de taça e compreende o anlágeno do coração, os precursores do fígado e dos pulmões e os vasos sanguíneos.

"Agora adaptamos nosso protocolo de diferenciação, ou seja, nossas instruções experimentais especiais, e adicionamos uma densa camada endotelial ao organoide cardíaco, que reveste os vasos sanguíneos e de onde emergem as células formadoras de sangue e as células progenitoras ", explica a Dra. Miriana Dardano, primeira autora do estudo. "Este é o primeiro modelo de órgão humano desse tipo que combina todos os tecidos de acordo com o desenvolvimento no embrião", diz a bióloga de células-tronco.

"Nosso estudo agora permite que outros pesquisadores investiguem em cultura de células como a interação entre tecidos na hematopoiese acontece", enfatiza a Dra. Lika Drakhlis, colíder do trabalho de pesquisa. No entanto, as novas descobertas não são apenas de interesse da ciência para a elucidação do desenvolvimento de órgãos saudáveis ??e da hematopoiese.

O organoide hematopoiético cardíaco expandido também pode servir como modelo para doenças como a COVID-19, que ataca o coração e os vasos sanguíneos, bem como os pulmões. Infecções com outros vírus ou bactérias, câncer ou malformações causadas por defeitos genéticos também podem ser investigadas na placa de cultura de células para melhor entender e tratar doenças cardiovasculares. Os organoides também são adequados para testar agentes farmacológicos.

"Em alguns casos, isso funciona até melhor do que em modelos animais, por exemplo, porque estes estão sujeitos a outras influências biológicas e os resultados só podem ser transferidos para humanos de forma limitada", diz o cientista.

E como seu princípio de produção de organoides é tão flexível quanto um kit de construção, os pesquisadores do LEBAO não estão parando no coração e no sangue. Eles já estão trabalhando em um novo protocolo de diferenciação que converte as células iniciais hPSC em células de outros órgãos para que outros modelos de organoides multitecidos estejam disponíveis para pesquisa médica no futuro.