Tecnologia Científica

Desenvolvimento da espinha dorsal
Em um primeiro momento, pesquisadores revelam modelos de células-tronco do desenvolvimento da coluna vertebral humana
Por Stephanie Dutchen - 10/01/2020

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Pesquisadores de Harvard revelaram os primeiros modelos de células-tronco do desenvolvimento da coluna humana

Mais de 20 anos atrás, o laboratório do biólogo do desenvolvimento  Olivier Pourquié  descobriu um tipo de relógio celular em embriões de galinha, onde cada "carrapato" estimula a formação de uma estrutura chamada somita que acaba se transformando em vértebra.

Nos anos seguintes, Pourquié e outros esclareceram ainda mais a mecânica desse chamado relógio de segmentação em muitos organismos, incluindo a criação dos  primeiros modelos do relógio em um prato de laboratório  usando células de mouse.

Embora o trabalho tenha melhorado o conhecimento do desenvolvimento normal e anormal da coluna, ninguém foi capaz de confirmar se o relógio existe nos seres humanos - até agora.

Pourquié liderou uma das duas equipes que agora criaram os primeiros modelos de laboratório do relógio de segmentação que usam células-tronco derivadas de tecido humano adulto.

As conquistas não apenas fornecem a primeira evidência de que o relógio de segmentação bate em humanos, mas também fornecem à comunidade científica o primeiro sistema in vitro , permitindo o estudo do desenvolvimento inicial da coluna vertebral em humanos.

"Não sabemos praticamente nada sobre o desenvolvimento humano de somitos, que se forma entre a terceira e a quarta semana após a fertilização, antes que a maioria das pessoas saiba que está grávida", disse Pourquié, professor de genética no Instituto Blavatnik na Harvard Medical School e uma das principais faculdades. membro do Harvard Stem Cell Institute. "Nosso sistema deve ser poderoso para estudar a regulamentação subjacente do relógio de segmentação".

"Nosso inovador sistema experimental agora permite comparar o desenvolvimento humano e do mouse lado a lado", disse Margarete Diaz-Cuadros, estudante de pós-graduação no laboratório de Pourquié e co-primeira autora do artigo liderado pelo HMS, publicado em 8 de janeiro na Nature. . "Estou animado para desvendar o que torna o desenvolvimento humano único." 

Pourquié espera que os pesquisadores possam usar os novos modelos de células-tronco para gerar tecido diferenciado para pesquisas e aplicações clínicas, como células musculares esqueléticas para estudar a distrofia muscular e células gordurosas marrons para estudar diabetes tipo 2. Esse trabalho forneceria uma base para a criação de novos tratamentos.

"Se você deseja gerar sistemas úteis para aplicações clínicas, primeiro precisa entender a biologia", disse Pourquié, que também é professor de Patologia da Escola de Medicina de Harvard Frank Burr Mallory no Hospital Brigham and Women. "Então você pode fazer tecido muscular e funcionará."

Embora os cientistas tenham derivado muitos tipos de tecido reprogramando células adultas em células-tronco pluripotentes e depois persuadindo-as por caminhos específicos de desenvolvimento, o tecido musculoesquelético se mostrou teimoso. No final, no entanto, Pourquié e colegas descobriram que poderiam facilitar a transformação adicionando apenas dois compostos químicos às células-tronco enquanto eram banhados em um meio de cultura de crescimento padrão.

"Podemos produzir tecido mesoderma paraxial com cerca de 90% de eficiência", disse Pourquié. "É um começo notavelmente bom."

Sua equipe criou um modelo semelhante derivado de células embrionárias de camundongo.

Os pesquisadores do HMS ficaram surpresos ao descobrir que o relógio de segmentação começou a bater nos pratos de células humanas e de ratos e que as células não precisavam primeiro ser dispostas em um andaime 3D, mais parecido com o corpo.

"É bastante espetacular que funcionou em um modelo bidimensional", disse Pourquié. "É um sistema de sonhos".

A equipe descobriu que o relógio de segmentação bate a cada cinco horas nas células humanas e a cada 2,5 horas nas células do mouse. A diferença na frequência é paralela à diferença no tempo de gestação entre ratos e humanos, disseram os autores.

Entre os próximos projetos do laboratório de Pourquié, estão investigando o que controla a velocidade variável do relógio e, mais ambiciosamente, o que regula a duração do desenvolvimento embrionário em diferentes espécies.

"Existem muitos problemas muito interessantes a serem enfrentados", disse ele.

Outro grupo que publicou na edição de 8 de janeiro da revista Nature descobriu novas idéias sobre como as células se sincronizam no relógio de segmentação usando embriões de mouse projetados para incorporar proteínas fluorescentes.

Pourquié é autor sênior do artigo liderado pelo HMS. O pesquisador de pós-doutorado Daniel Wagner, do HMS, é co-primeiro autor. Autores adicionais são afiliados à Universidade de Kyoto, ao RIKEN Center for Brain Science e à Brandeis University.

Pourquié criou uma empresa chamada Anagenesis Biotechnologies, com base em protocolos desenvolvidos para este estudo. Ele usa triagem de alto rendimento para procurar terapias celulares para doenças e lesões osteomusculares.

Este trabalho foi financiado pelo National Institutes of Health grant 5R01HD085121.

 

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