Notícia

Cientistas desenvolvem “tecidos” sintéticos que teriam capacidade de regeneração

Dr. Wendell Lim/UCSF

Fonte

Universidade da Califórnia em São Francisco

Data

terça-feira, 5 junho 2018 17:35

Áreas

Biologia. Biologia Celular e Molecular.

Como estruturas biológicas complexas –  olho,  mão, cérebro – emergem de um único óvulo fertilizado? Essa é a questão fundamental da biologia do desenvolvimento e um mistério que ainda está sendo enfrentado por cientistas que esperam um dia aplicar os mesmos princípios para curar tecidos danificados ou regenerar órgãos doentes.

Agora, em um estudo publicado no último dia 31 de maio na revista científica Science, pesquisadores da Universidade da Califórnia em São Francisco (UCSF), nos Estados Unidos, demonstraram a capacidade de programar grupos de células individuais para se auto-organizarem em estruturas multicamadas reminiscentes de organismos simples ou dos primeiros estágios do desenvolvimento embrionário.

“O que é surpreendente sobre a biologia é que o DNA permite que todas as instruções necessárias para construir um elefante sejam embaladas em um pequeno embrião”, disse o autor sênior do estudo, o Dr. Wendell Lim,  professor do Departamento de Farmacologia Celular e Molecular da UCSF, diretor do Centro de Sistemas e Biologia Sintética e co-diretor do Centro de Construção Celular. “O DNA codifica um algoritmo para o crescimento do organismo – uma série de instruções que se desdobram no tempo de uma maneira que ainda não entendemos. É fácil a pesquisa não progredir devido à complexidade dos sistemas naturais, então aqui nos propusemos a entender o conjunto mínimo de regras para programar as células para se montarem em estruturas multicelulares ”.

Uma parte crítica do desenvolvimento é que, à medida que as estruturas biológicas se formam, as células se comunicam entre si e tomam decisões coordenadas e coletivas sobre como se organizar estruturalmente. Para imitar esse processo, a nova pesquisa – liderada pelo pesquisador de pós-doutorado da UCSF Dr. Satoshi Toda, do laboratório do Dr. Wendell Lim – baseou-se em uma molécula de sinalização sintética altamente personalizável chamada synNotch ( “receptor Notch sintético”). Esta molécula foi recentemente desenvolvida pelos pesquisadores com a finalidade de programar células para responder a sinais específicos de comunicação célula-célula com programas genéticos sob medida.

Por exemplo, usando o synNotch, os pesquisadores projetaram células para responder a sinais específicos de células vizinhas, produzindo moléculas de adesão do tipo Velcro, chamadas caderinas, assim como proteínas marcadoras fluorescentes. Notavelmente, apenas algumas formas simples de comunicação celular coletiva foram suficientes para fazer com que conjuntos de células mudassem de cor e se auto-organizassem em estruturas de várias camadas, como organismos simples ou tecidos em desenvolvimento.

Em seu experimento mais simples desse tipo, os pesquisadores programaram dois grupos de células para se auto-organizarem em uma esfera de duas camadas. Eles começaram com um grupo de células azuis expressando uma proteína de sinalização em suas superfícies, e um segundo grupo de células incolores com um receptor synNotch personalizado programado para detectar essa proteína sinalizadora. Quando isoladas umas das outras, essas populações de células não fizeram nada, mas quando os dois grupos foram misturados, as células azuis ativaram os receptores synNotch nas células claras e os desencadearam a produzir caderinas pegajosas e uma proteína marcadora verde chamada GFP. Como resultado, as células incolores rapidamente começaram a ficar verdes e se agruparam, formando um núcleo central cercado por uma camada externa de suas células azuis parceiras. Os pesquisadores passaram a programar grupos de células para se auto-estruturar de formas cada vez mais complexas.

Essas proezas de programação celular mais complexas demonstraram que células iniciantes simples poderiam ser programadas para se desenvolver ao longo do tempo para formar estruturas mais complexas, assim como um único óvulo fertilizado se divide e se diferencia para formar diferentes partes do corpo e tecidos distintos como pele, músculos, nervos e ossos. A equipe do Dr. Wendell mostrou que estes esferóides complexos também eram auto-reparadores: quando os pesquisadores cortaram os esferoides em múltiplas camadas ao meio com uma micro-guilhotina desenvolvida pelos co-autores Dr. Lucas R. Blauch e Dra. Sindy Tang, da Universidade Stanford, as células restantes rapidamente se reorganizaram de acordo com seu programa intrínseco.

A proposta inovadora SynNotch foi originalmente desenvolvida no laboratório do Dr. Wendell Lim pelo Dr. Kole Roybal, agora professor assistente de microbiologia e imunologia na UCSF, e pelo Dr. Leonardo Morsut, agora professor assistente de biologia de células-tronco e medicina regenerativa na Universidade do Sul Califórnia.

Acesse a notícia completa na página da Universidade da Califórnia em São Francisco (em inglês).

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Fonte: Nicholas Weiler, UCSF. Imagem: Dr. Wendell Lim/UCSF.

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