Notícias | Cientistas da Universidade da Califórnia recriam o desenvolvimento inicial com ‘modelos embrionários programáveis’, abrindo novos caminhos para a pesquisa sobre fertilidade
Notícias | Cientistas da Universidade da Califórnia recriam o desenvolvimento inicial com ‘modelos embrionários programáveis’, abrindo novos caminhos para a pesquisa sobre fertilidade
Como uma única célula se transforma em um organismo completo nos primeiros dias após a fertilização continua sendo um dos maiores mistérios da ciência. Como o desenvolvimento inicial dos mamíferos ocorre dentro do útero, os pesquisadores há muito enfrentam dificuldades para observá-lo ou intervir diretamente, o que limita a compreensão de por que o desenvolvimento embrionário às vezes falha.
Um estudo pioneiro da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, está superando essa limitação. Usando tecnologia CRISPR avançada sem embriões reais, os pesquisadores criaram “modelos embrionários programáveis” auto-organizados, ou embrióides, que reproduzem no laboratório etapas fundamentais do desenvolvimento inicial. O trabalho foi publicado na Cell Stem Cell.
“Queremos reconstruir e até modificar fenômenos naturais em uma placa, como a formação de embriões, para avançar a pesquisa sobre distúrbios do desenvolvimento inicial.”
—Ali Shariati, autor correspondente e professor assistente de engenharia biomolecular na UC Santa Cruz
Programação de células-tronco com CRISPR
O estudo foi co-liderado pelo pesquisador de pós-doutorado Gerrald Lodewijk e pela ex-aluna Sayaka Kozuki, atualmente estudante de pós-graduação no Caltech, usando células-tronco de camundongos de laboratório. As células-tronco são como uma tela em branco e, teoricamente, podem se transformar em qualquer tipo celular, incluindo células cerebrais ou intestinais.
A equipe usou uma variante mais suave do CRISPR, o sistema de ativação do CRISPR (CRISPRa). Em vez de cortar o DNA, ele regula e ativa regiões gênicas essenciais ao desenvolvimento embrionário. Essa ativação precisa leva as células-tronco a produzir diferentes tipos de células embrionárias primitivas.
“Em vez de adicionar um estímulo externo, ativamos interruptores genéticos que as células já possuem e deixamos que elas determinem como iniciar a jornada do desenvolvimento”, explicou Lodewijk.
Mais de 80% das células-tronco se organizaram espontaneamente, em poucos dias, em estruturas semelhantes a embriões iniciais e iniciaram programas de expressão gênica muito parecidos com os de embriões naturais.
“A auto-organização é notavelmente comparável. As células parecem saber o que fazer; só precisamos dar um pequeno empurrão.”
—Ali Shariati
Observando como a vida inicial se organiza
As células dos embrióides exibiram comportamento coletivo em cultura, incluindo migração rotacional descrita como um movimento ordenado semelhante ao de um bando de pássaros, formando, por fim, padrões embrionários iniciais impressionantes.
Ao contrário de métodos anteriores, que usavam substâncias químicas para forçar a produção de diferentes tipos celulares, este estudo enfatizou o co-desenvolvimento, que se assemelha mais ao desenvolvimento embrionário natural no organismo.
“Não produzimos as células individualmente. Deixamos que cresçam juntas e influenciem umas às outras como fariam em um embrião real, recriando sua memória biológica como vizinhas.”
—Shariati
Modelos programáveis podem revelar as causas de defeitos do desenvolvimento
A principal vantagem desses modelos embrionários é sua alta programabilidade. Os pesquisadores podem estudar as primeiras etapas da vida e ativar ou desativar genes deliberadamente para observar quais mudanças causam falhas nos tipos celulares, na organização dos tecidos ou no embrião inteiro.
Isso oferece uma plataforma poderosa para modelar anormalidades do desenvolvimento sem usar embriões reais.
Essa tecnologia poderá ser ampliada futuramente para outras espécies, incluindo seres humanos, ajudando os cientistas a investigar por que os embriões humanos iniciais frequentemente não conseguem se implantar ou se desenvolver. Shariati afirmou: “Agora podemos enxergar com mais clareza os gargalos no início da vida, o que é altamente significativo para melhorar o sucesso reprodutivo humano.”
Notícias | Cientistas da Universidade da Califórnia recriam o desenvolvimento inicial com ‘modelos embrionários programáveis’, abrindo novos caminhos para a pesquisa sobre fertilidade
Notícias | Cientistas da Universidade da Califórnia recriam o desenvolvimento inicial com ‘modelos embrionários programáveis’, abrindo novos caminhos para a pesquisa sobre fertilidade
Como uma única célula se transforma em um organismo completo nos primeiros dias após a fertilização continua sendo um dos maiores mistérios da ciência. Como o desenvolvimento inicial dos mamíferos ocorre dentro do útero, os pesquisadores há muito enfrentam dificuldades para observá-lo ou intervir diretamente, o que limita a compreensão de por que o desenvolvimento embrionário às vezes falha.
Um estudo pioneiro da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, está superando essa limitação. Usando tecnologia CRISPR avançada sem embriões reais, os pesquisadores criaram “modelos embrionários programáveis” auto-organizados, ou embrióides, que reproduzem no laboratório etapas fundamentais do desenvolvimento inicial. O trabalho foi publicado na Cell Stem Cell.
“Queremos reconstruir e até modificar fenômenos naturais em uma placa, como a formação de embriões, para avançar a pesquisa sobre distúrbios do desenvolvimento inicial.”
—Ali Shariati, autor correspondente e professor assistente de engenharia biomolecular na UC Santa Cruz
Programação de células-tronco com CRISPR
O estudo foi co-liderado pelo pesquisador de pós-doutorado Gerrald Lodewijk e pela ex-aluna Sayaka Kozuki, atualmente estudante de pós-graduação no Caltech, usando células-tronco de camundongos de laboratório. As células-tronco são como uma tela em branco e, teoricamente, podem se transformar em qualquer tipo celular, incluindo células cerebrais ou intestinais.
A equipe usou uma variante mais suave do CRISPR, o sistema de ativação do CRISPR (CRISPRa). Em vez de cortar o DNA, ele regula e ativa regiões gênicas essenciais ao desenvolvimento embrionário. Essa ativação precisa leva as células-tronco a produzir diferentes tipos de células embrionárias primitivas.
“Em vez de adicionar um estímulo externo, ativamos interruptores genéticos que as células já possuem e deixamos que elas determinem como iniciar a jornada do desenvolvimento”, explicou Lodewijk.
Mais de 80% das células-tronco se organizaram espontaneamente, em poucos dias, em estruturas semelhantes a embriões iniciais e iniciaram programas de expressão gênica muito parecidos com os de embriões naturais.
“A auto-organização é notavelmente comparável. As células parecem saber o que fazer; só precisamos dar um pequeno empurrão.”
—Ali Shariati
Observando como a vida inicial se organiza
As células dos embrióides exibiram comportamento coletivo em cultura, incluindo migração rotacional descrita como um movimento ordenado semelhante ao de um bando de pássaros, formando, por fim, padrões embrionários iniciais impressionantes.
Ao contrário de métodos anteriores, que usavam substâncias químicas para forçar a produção de diferentes tipos celulares, este estudo enfatizou o co-desenvolvimento, que se assemelha mais ao desenvolvimento embrionário natural no organismo.
“Não produzimos as células individualmente. Deixamos que cresçam juntas e influenciem umas às outras como fariam em um embrião real, recriando sua memória biológica como vizinhas.”
—Shariati
Modelos programáveis podem revelar as causas de defeitos do desenvolvimento
A principal vantagem desses modelos embrionários é sua alta programabilidade. Os pesquisadores podem estudar as primeiras etapas da vida e ativar ou desativar genes deliberadamente para observar quais mudanças causam falhas nos tipos celulares, na organização dos tecidos ou no embrião inteiro.
Isso oferece uma plataforma poderosa para modelar anormalidades do desenvolvimento sem usar embriões reais.
Essa tecnologia poderá ser ampliada futuramente para outras espécies, incluindo seres humanos, ajudando os cientistas a investigar por que os embriões humanos iniciais frequentemente não conseguem se implantar ou se desenvolver. Shariati afirmou: “Agora podemos enxergar com mais clareza os gargalos no início da vida, o que é altamente significativo para melhorar o sucesso reprodutivo humano.”
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