Tecnologia Científica

Para fazer os miniorgãos crescerem mais rápido, aperte-os
O estudo descobriu que compactar células e aglomerar seu conteúdo 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 estão fisicamente umas das outras, maior a chance de troca de coisas como idéias, informações e até infecção. Agora, pesquisadores do MIT e do Boston Children's Hospital descobriram que, mesmo no ambiente microscópico dentro de uma única célula, a aglomeração física aumenta a chance de interações, de uma forma que pode alterar significativamente a saúde e o desenvolvimento de uma célula.

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

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

Em seu novo estudo, os cientistas descobriram que apertar as células intestinais acionou as proteínas para se agruparem ao longo de uma via de sinalização específica, o que pode ajudar as células a manter seu estado de célula-tronco, um estado indiferenciado no qual podem crescer rapidamente e se dividir em células mais especializadas. Ming Guo, professor associado de engenharia mecânica 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 cólons, que podem então ser usados como plataformas para entender a função de órgãos e testar candidatos a drogas para várias doenças, e até mesmo 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 elásticas de hidrogel. Para comprimir as células, eles colocaram pesos na superfície do hidrogel, na forma de um quarto ou de uma moeda.

“Queríamos alcançar uma mudança significativa no tamanho da célula, e esses dois pesos podem comprimir a célula em algo como 10 a 30 por cento do seu volume total”, explica Guo.

A equipe usou um microscópio 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 conteúdo da célula? Para responder a isso, os pesquisadores primeiro olharam para ver se o conteúdo de água de uma célula mudava. Se a compressão age para tirar a água de uma célula, os pesquisadores concluíram que as células deveriam ser menos hidratadas e, como resultado, mais rígidas.

Eles mediram a rigidez das células antes e depois da aplicação de pesos, usando uma pinça óptica, 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 conteúdo estava mais compactado do que o normal.

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

“Em geral, esse caminho é conhecido por tornar uma célula mais parecida com uma célula-tronco”, diz Guo. “Se você alterar a atividade dessa via, será muito diferente como o câncer progride e como os embriões se desenvolvem. Então, pensamos que poderíamos usar esse caminho para demonstrar como a aglomeração de células é importante.

Um caminho “refrescante”

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

“A via Wnt é particularmente importante no cólon”, diz Guo, destacando que as células que revestem o intestino humano estão constantemente sendo repostas. A via Wnt, diz ele, é essencial para manter as células-tronco intestinais, gerar novas células e “refrescar” o revestimento intestinal.  

Ele e seus colegas desenvolveram organóides intestinais, cada um medindo cerca de meio milímetro, em várias placas de Petri, depois “espremeram” os organóides infundindo polímeros nas placas. Esse influxo de polímeros aumentou a pressão osmótica em torno de cada organoide e forçou a água para fora de suas células. A equipe observou que, como resultado, proteínas específicas 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 organóides que foram espremidos na verdade ficaram maiores e mais rapidamente, com mais células-tronco em sua superfície do que aqueles que não foram espremidos.

“A diferença era muito óbvia”, diz Guo. “Sempre que você aplica 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 célula pode mudar dependendo da quantidade de água que ela contém.

“Isso é muito geral e amplo, e o impacto potencial é profundo, pois as células podem simplesmente ajustar a quantidade de água que têm para ajustar suas consequências 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 transfectá-las para fazer células-tronco que podem ser desenvolvidas em um pulmão ou organoide intestinal que imitaria meus próprios órgãos”, diz Guo. “Eu poderia então aplicar diferentes pressões para fazer organoides de tamanhos diferentes e, em seguida, tentar drogas diferentes. Eu imagino que haveria muitas possibilidades. ”

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