Muito antes de começar a bater, o coração já executa uma complexa coreografia biológica. Um novo estudo publicado nesta sexta-feira (12), na revista científica eLife, revela que a formação inicial do coração dos mamíferos depende menos de um crescimento uniforme das células e mais de um sofisticado processo de deformação mecânica dos tecidos, organizado em compartimentos que se expandem, comprimem e se remodelam de forma altamente coordenada.

A pesquisa foi conduzida por Morena Raiola, Miquel Sendra, Jorge Nicolás Domínguez e Miguel Torres, do Programa de Regeneração Cardiovascular do Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), em Madri, além da Universidade de Jaén e da rede espanhola CIBERCV. Utilizando microscopia tridimensional ao vivo, aprendizado de máquina e modelagem computacional avançada, a equipe produziu a descrição quantitativa mais detalhada já obtida sobre a transformação do chamado “crescente cardíaco” — uma estrutura embrionária inicial — no tubo cardíaco primitivo, precursor do coração funcional.

“Nosso estudo revela uma forte compartimentalização espacial e temporal dos padrões de deformação do tecido cardíaco”, afirmam os autores. Segundo eles, a descoberta muda a compreensão tradicional de como o órgão emerge durante o desenvolvimento embrionário.

O coração é o primeiro órgão a surgir e funcionar durante o desenvolvimento dos mamíferos. Apesar de décadas de pesquisa, compreender como milhões de células se reorganizam para criar uma estrutura tridimensional capaz de bombear sangue sempre foi um desafio.

Para enfrentar esse problema, os pesquisadores analisaram imagens tridimensionais obtidas em tempo real de 16 embriões de camundongo durante aproximadamente 12 horas de desenvolvimento, entre os estágios equivalentes aos dias embrionários E7,75 e E8,25.

Um algoritmo de registro de imagens calculou os deslocamentos microscópicos do tecido ao longo do tempo. A precisão do método foi validada por meio do rastreamento manual de mais de 9 mil células marcadas geneticamente. O resultado impressionou os autores: o erro médio ficou em nível subcelular, confirmando que a abordagem reproduzia fielmente os movimentos reais observados nos embriões.

“Os deslocamentos previstos coincidiram estreitamente com os movimentos reais das células”, relatam os pesquisadores.

A descoberta central do estudo foi que o tecido cardíaco não se comporta como uma estrutura homogênea. Algumas regiões crescem rapidamente, enquanto outras quase não crescem, mas sofrem intensas deformações direcionais.

Os cientistas identificaram uma forte anticorrelação entre crescimento e anisotropia — termo que descreve deformações orientadas em direções específicas. Regiões laterais do coração embrionário apresentaram expansão significativa, enquanto uma faixa central mostrou pouco crescimento, porém intensa deformação ao longo do eixo crânio-caudal.

Essas diferenças criam verdadeiras fronteiras biomecânicas dentro do tecido. Em determinadas áreas, grupos celulares movem-se de maneira altamente coordenada; em outras, surgem limites entre regiões submetidas a forças distintas.

Talvez a contribuição mais inovadora do trabalho seja a proposta de um novo modelo para explicar a formação do futuro ventrículo.

Por meio de um sistema de “mapeamento virtual de destino celular”, os pesquisadores reconstruíram digitalmente a trajetória de células individuais ao longo do desenvolvimento cardíaco. O modelo mostrou que a região que dará origem ao ventrículo não cresce simplesmente para fora. Em vez disso, ela é moldada por duas estruturas de contenção, comparadas pelos autores a “cintos” ou “faixas” mecânicas.

Esses dois cinturões localizam-se nos polos arterial e venoso do coração embrionário. Entre eles, o tecido se expande lateralmente, adquirindo uma forma semelhante à de um barril.

Experimentos independentes confirmaram essa hipótese. Ao marcar pontos específicos do tecido embrionário e acompanhá-los por até 14 horas, a equipe observou contrações substanciais nas regiões previstas pelo modelo. Em alguns casos, a distância entre os pontos caiu para apenas 27% do comprimento original.

Segundo Miguel Torres e colegas, trata-se da primeira evidência direta in vivo de que determinadas regiões do coração embrionário sofrem compressão ativa durante sua formação.

Outro avanço importante foi a criação do primeiro “Atlas Dinâmico” do desenvolvimento cardíaco inicial. A ferramenta integra dados de múltiplos embriões e permite acompanhar virtualmente qualquer ponto do tecido ao longo do tempo.

O sistema funciona como um mapa digital do destino celular e possibilita reconstruir como diferentes regiões embrionárias contribuem para a formação das futuras estruturas cardíacas.

Para os autores, o atlas poderá se tornar uma referência para estudar cardiopatias congênitas, que afetam aproximadamente 1% dos recém-nascidos em todo o mundo. Alterações nos padrões normais de movimento e deformação dos tecidos podem ajudar a identificar os mecanismos que levam a defeitos estruturais do coração ainda durante a gestação.

Além dos resultados imediatos, a pesquisa abre uma nova fronteira para a biologia do desenvolvimento: a compreensão do papel das forças mecânicas na construção dos órgãos.

Os autores sugerem que fenômenos como compressão tecidual, proliferação celular diferencial e forças exercidas por tecidos vizinhos podem atuar conjuntamente para orientar a arquitetura cardíaca.

A conclusão do trabalho sintetiza a importância da descoberta: ao combinar microscopia de alta resolução, inteligência artificial e modelagem matemática, a equipe conseguiu revelar a “engenharia invisível” responsável pela construção do coração embrionário.

“Apresentamos uma descrição detalhada da cinética dos movimentos do miocárdio e das deformações dos tecidos que sustentam o desenvolvimento inicial do coração dos mamíferos”, concluem os pesquisadores. “O mapa de destino celular oferece uma ferramenta inovadora para compreender a coordenação regional das células e levantar novas questões sobre os fatores biológicos e genéticos que regulam o desenvolvimento cardíaco.”