Tecnologia Científica

Para fazer os miniorga£os crescerem mais rápido, aperte-os
O estudo descobriu que compactar células e aglomerar seu conteaºdo pode induzi-las a crescer e se dividir.
Por Jennifer Chu - 16/10/2020


Nesta imagem, o marcador de divisão celular Ki67 mostra que o número de células em divisão em organoides aumenta sob compressão, como visto na linha inferior, durante três passagens. Créditos:Crédito: Yiwei Li

Quanto mais próximas as pessoas estãofisicamente umas das outras, maior a chance de troca de coisas como idanãias, informações e atéinfecção. Agora, pesquisadores do MIT e do Boston Children's Hospital descobriram que, mesmo no ambiente microsca³pico dentro de uma única canãlula, a aglomeração física aumenta a chance de interações, de uma forma que pode alterar significativamente a saúde e o desenvolvimento de uma canãlula.

Em um artigo publicado hoje na revista Cell Stem Cell , os pesquisadores mostraram que apertar as células fisicamente e aglomerar seu conteaºdo pode fazer com que as células cresa§am e se dividam mais rápido do que normalmente.

Embora apertar algo para fazaª-lo crescer possa parecer contra-intuitivo, a equipe tem uma explicação: atos de compressão para tirar a águade uma canãlula. Com menos águapara nadar, as protea­nas e outros constituintes celulares ficam mais pra³ximos uns dos outros. E quando certas protea­nas são trazidas para perto, elas podem acionar a sinalização celular e ativar genes dentro da canãlula.

Em seu novo estudo, os cientistas descobriram que apertar as células intestinais acionou as protea­nas para se agruparem ao longo de uma via de sinalização especa­fica, o que pode ajudar as células a manter seu estado de canãlula-tronco, um estado indiferenciado no qual podem crescer rapidamente e se dividir em células mais especializadas. Ming Guo, professor associado de engenharia meca¢nica do MIT, diz que se as células podem ser simplesmente comprimidas para promover sua "haste", elas podem ser direcionadas para construir rapidamente órgãos em miniatura, como intestinos artificiais ou ca³lons, que podem então ser usados como plataformas para entender a função de órgãos e testar candidatos a drogas para várias doena§as, e atémesmo como transplantes para medicina regenerativa.

Os co-autores de Guo são o autor principal Yiwei Li, Jiliang Hu e Qirong Lin do MIT, e Maorong Chen, Ren Sheng e Xi He do Hospital Infantil de Boston.

Embaladas em

Para estudar o efeito da compressão nas células, os pesquisadores misturaram vários tipos de células em soluções que se solidificaram como placas ela¡sticas de hidrogel. Para comprimir as células, eles colocaram pesos nasuperfÍcie do hidrogel, na forma de um quarto ou de uma moeda.

“Quera­amos alcana§ar uma mudança significativa no tamanho da canãlula, e esses dois pesos podem comprimir a canãlula em algo como 10 a 30 por cento do seu volume total”, explica Guo.

A equipe usou um microsca³pio confocal para medir em 3D como as formas das células individuais mudavam conforme cada amostra era comprimida. Como eles esperavam, as células encolheram com a pressão. Mas a compressão também afetou o conteaºdo da canãlula? Para responder a isso, os pesquisadores primeiro olharam para ver se o conteaºdo de águade uma canãlula mudava. Se a compressão age para tirar a águade uma canãlula, os pesquisadores conclua­ram que as células deveriam ser menos hidratadas e, como resultado, mais ra­gidas.

Eles mediram a rigidez das células antes e depois da aplicação de pesos, usando uma pina§a a³ptica, uma técnica baseada em laser que o laboratório de Guo empregou durante anos para estudar as interações dentro das células e descobriram que, de fato, as células enrijeceram com a pressão. Eles também viram que havia menos movimento dentro das células comprimidas, sugerindo que seu conteaºdo estava mais compactado do que o normal.

Em seguida, eles analisaram se haviamudanças nas interações entre certas protea­nas nas células, em resposta a s células sendo comprimidas. Eles se concentraram em várias protea­nas que são conhecidas por desencadear a sinalização Wnt / β-catenina, que estãoenvolvida no crescimento celular e na manutenção da "stemness".

“Em geral, esse caminho éconhecido por tornar uma canãlula mais parecida com uma canãlula-tronco”, diz Guo. “Se vocêalterar a atividade dessa via, serámuito diferente como o câncer progride e como os embriaµes se desenvolvem. Então, pensamos que podera­amos usar esse caminho para demonstrar como a aglomeração de células éimportante.

Um caminho “refrescante”

Para ver se a compressão celular afeta a via Wnt, e quanto rápido uma canãlula cresce, os pesquisadores desenvolveram pequenos organa³ides - órgãos em miniatura e, neste caso, agrupamentos de células que foram coletados do intestino de ratos.

“A via Wnt éparticularmente importante no ca³lon”, diz Guo, destacando que as células que revestem o intestino humano estãoconstantemente sendo repostas. A via Wnt, diz ele, éessencial para manter as células-tronco intestinais, gerar novas células e “refrescar” o revestimento intestinal.  

Ele e seus colegas desenvolveram organa³ides intestinais, cada um medindo cerca de meio mila­metro, em várias placas de Petri, depois “espremeram” os organa³ides infundindo polímeros nas placas. Esse influxo de polímeros aumentou a pressão osma³tica em torno de cada organoide e fora§ou a águapara fora de suas células. A equipe observou que, como resultado, protea­nas especa­ficas envolvidas na ativação da via Wnt foram compactadas mais próximas e eram mais propensas a se agrupar para ativar a via e seus genes reguladores de crescimento.

Resultado: os organa³ides que foram espremidos na verdade ficaram maiores e mais rapidamente, com mais células-tronco em suasuperfÍcie do que aqueles que não foram espremidos.

“A diferença era muito a³bvia”, diz Guo. “Sempre que vocêaplica pressão, os organoides ficam ainda maiores, com muito mais células-tronco”.

Ele diz que os resultados demonstram como a compressão pode afetar o crescimento de um organoide. As descobertas também mostram que o comportamento de uma canãlula pode mudar dependendo da quantidade de águaque ela contanãm.

“Isso émuito geral e amplo, e o impacto potencial éprofundo, pois as células podem simplesmente ajustar a quantidade de águaque tem para ajustar suas consequaªncias biológicas”, diz Guo.

No futuro, ele e seus colegas planejam explorar a compressão celular como uma forma de acelerar o crescimento de órgãos artificiais que os cientistas podem usar para testar novos medicamentos personalizados.

“Eu poderia pegar minhas próprias células e transfecta¡-las para fazer células-tronco que podem ser desenvolvidas em um pulma£o ou organoide intestinal que imitaria meus pra³prios órgãos”, diz Guo. “Eu poderia então aplicar diferentes pressaµes para fazer organoides de tamanhos diferentes e, em seguida, tentar drogas diferentes. Eu imagino que haveria muitas possibilidades. ”

Esta pesquisa éapoiada, em parte, pelo National Cancer Institute e pela Alfred P. Sloan Foundation.

 

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