Notícia

Biologia sintética acelera a criação de fígados cultivados em laboratório

Pesquisadores aplicaram um sistema de aprendizado de máquina que pode fazer a engenharia reversa dos genes necessários para a maturação do fígado humano.

Velazquez et al., Cell Systems

Fonte

Universidade de Pittsburgh

Data

quarta-feira, 16 dezembro 2020 07:25

Áreas

Biologia. Células-tronco. Inteligência Artificial. Medicina.

Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Pittsburgh, nos Estados Unidos, combinaram a biologia sintética com um algoritmo de aprendizado de máquina para criar organoides do fígado humano com sistemas de tratamento de sangue e bile. Quando implantados em camundongos com fígados debilitados, os fígados substitutos cultivados em laboratório prolongaram a vida.

O estudo, publicado na revista científica Cell Systems, mostra que é possível desencadear e acelerar a maturação de um órgão criado em laboratório sem sacrificar a precisão ou o controle.

“A gravidez é de nove meses – leva esse tempo e até meses após o nascimento para que novos órgãos amadureçam – mas se uma pessoa precisa de um fígado, ela pode não ser capaz de esperar tanto tempo”, disse o autor do estudo Dr. Mo Ebrahimkhani, professor de patologia e bioengenharia, e membro do Centro de Pesquisa do Fígado da Universidade Pittsburgh. “Mostramos que é possível obter tecido hepático humano com quatro tipos principais de células e vasculatura em 17 dias. Podemos amadurecer o tecido em apenas três meses. ”

Outros grupos tentaram induzir a maturação organoide usando fatores de crescimento, mas é caro, inconsistente e sujeito a erros humanos, disse o Dr. Ebrahimkhani. Frequentemente, existem tecidos ou tipos de células indesejados – como células do intestino ou do cérebro crescendo no meio do que deveria ser um fígado sólido.

Usar a engenharia genética é mais limpo, mas também mais complexo de sintonizar. Então, o Dr. Ebrahimkhani fez parceria com o Dr. Patrick Cahan, professor da Universidade Johns Hopkins, para usar um sistema de aprendizado de máquina que pode fazer a engenharia reversa dos genes necessários para a maturação do fígado humano.

Então, o pesquisador, em conjunto com a Dra. Samira Kiani, aplicou técnicas de engenharia genética, incluindo CRISPR, para transformar uma massa de tecido imaturo do fígado – originalmente derivado de células-tronco humanas – no que a equipe chama de “organoides de fígado projetados”.

Quanto mais maduros os organoides ficavam, mais capilares e células rudimentares do ducto biliar serpenteavam pela fina camada de tecido, e mais a função do minúsculo órgão rivalizava com seu modelo humano natural de tamanho real. Armazenamento de energia, acúmulo de gordura, transporte químico, atividade enzimática e produção de proteína estavam todos mais próximos da função hepática de um humano adulto, embora ainda não correspondessem perfeitamente.

O Dr. Ebrahimkhani imagina organoides projetados tendo três usos principais: desenvolvimento de medicamentos, modelagem de doenças e transplante de órgãos. Uma vez que as células-tronco podem vir do próprio corpo do paciente, os órgãos cultivados em laboratório podem ser personalizados, para que não haja ameaça de rejeição imunológica.

Quando transplantados em camundongos com fígados danificados, os organoides de fígado do Dr. Ebrahimkhani se integraram com sucesso aos corpos dos animais e continuaram a trabalhar – produzindo proteínas humanas que apareciam no sangue dos animais e prolongando a vida dos animais.

Esta é uma prova de conceito para mostrar que é possível, disse o Dr. Ebrahimkhani. A técnica pode potencialmente ir muito mais longe.

“Nossa referência era um fígado humano projetado pela natureza, mas você pode ir atrás de qualquer desenho que quiser. Por exemplo, você pode fazer uma troca genética que protege o tecido de um vírus, direcionar o DNA do vírus e destruí-lo”, concluiu o Dr. Ebrahimkhani.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Pittsburgh (em inglês).

Fonte: Dra. Erin Hare, Universidade de Pittsburgh. Imagem: Sistema de fornecimento de sangue auto-organizado: capilares (em vermelho) distribuídos através da fina camada de tecido (em preto). Fonte: Velazquez et al., Cell Systems.

 

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