Pesquisadores de Stanford criaram os primeiros organoides de coração e fígado cultivados em laboratório com seus próprios vasos sanguíneos, abrindo caminho para novas terapias regenerativas.
A pesquisa foi publicada na Revista Science.
Há mais de uma década, cientistas cultivam organoides – pequenos aglomerados de células que imitam um órgão específico – para servir como modelos biológicos em miniatura.
Veremos a seguir os passos significativos na pesquisa para produção de organoides, e no futuro órgãos. Em Texto, imagens e Vídeos:
Vídeo 1: O futuro da medicina regenerativa
Vídeo 2: Pesquisadores criam mini-fígado funcional por impressão 3D
LEIA MAIS
Pesquisa Revela que Vitamina D3 Retarda o Envelhecimento
Facilitará Cirurgias: Nova Estrutura Imita Vasos Sanguíneos
Construção de Organoides: pequenos aglomerados de células que imitam um órgão
Organoides cerebrais têm sido usados para estudar distúrbios do neurodesenvolvimento; organoides intestinais, para modelar a doença celíaca; e organoides pulmonares, para investigar o SARS-CoV-2.
Organoides cardíacos já foram enviados ao espaço para testar o efeito da microgravidade no músculo cardíaco. Mas há um pequeno problema: os organoides não podem crescer mais do que uma semente de gergelim.
Ao contrário do tecido vivo do corpo, os organoides não possuem um sistema de vasos sanguíneos que forneça oxigênio e nutrientes a todas as células.
Com mais de 3 milímetros de diâmetro, um organoide não consegue mais se sustentar absorvendo recursos diretamente do ambiente.
“Quando você cultiva organoides até um certo tamanho, eles começam a morrer internamente porque não conseguem levar oxigênio e nutrientes para o centro”, disse Oscar Abilez , MD, PhD, cientista sênior da Divisão de Cirurgia Cardíaca Pediátrica.
A nova pesquisa deu uma passo bastante significativo adiante do estagio atual.
Em um estudo publicado na Science, Abilez e uma equipe de pesquisadores da Stanford Medicine cultivaram organoides de coração e fígado repletos de pequenos vasos sanguíneos, potencialmente permitindo que eles superassem o limite de tamanho atual.
A capacidade de cultivar organoides vascularizados supera um grande gargalo na área, disse Abilez, coautor principal do estudo.
Os vasos sanguíneos integrados podem permitir que os organoides não apenas cresçam mais, mas também atinjam um estado mais maduro, tornando-os mais úteis como modelos biológicos. Huaxiao (Adam) Yang, ex-instrutor do Instituto Cardiovascular de Stanford e agora professor assistente de engenharia biomédica na Universidade do Norte do Texas, coliderou o estudo.
Eles também podem ser o próximo passo em terapias regenerativas, disse Joseph Wu, MD, PhD, autor sênior do estudo. Wu é professor de medicina e radiologia, diretor do Instituto Cardiovascular de Stanford e professor da cátedra Simon H. Stertzer.
Em um estudo clínico separado, liderado por Wu, pesquisadores da Stanford Medicine estão injetando células musculares cardíacas cultivadas em laboratório, chamadas cardiomiócitos, em pacientes com disfunção cardíaca.
“Mas o tecido cardíaco real contém mais do que cardiomiócitos”, disse Wu. “Existem células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos, células musculares lisas que circundam os vasos sanguíneos, pericitos que conectam os vasos sanguíneos, fibroblastos e outras células.”
No futuro, talvez organoides cardíacos vascularizados cultivados a partir de células-tronco do próprio paciente possam ser implantados cirurgicamente para substituir tecido perdido ou danificado.
“A ideia é que, se os organoides tiverem um sistema vascular, eles poderão se conectar com a vasculatura do hospedeiro, e isso lhes dará uma chance maior de sobreviver”, disse Abilez.
Vídeo 1: O futuro da medicina regenerativa
LEIA MAIS
Cientistas Criaram Cola para Unir Ossos Quebrados em 3 Min
Cientistas da UERJ Descobrem Proteína Capaz de Reverte Lesão da Medula
Teste de receita
Cientistas cultivam organoides a partir de células-tronco pluripotentes banhando as células em vários produtos químicos – fatores de crescimento e outras moléculas pequenas – para induzir sua transformação em diferentes tipos de células.
No entanto, tentativas de cultivar organoides cardíacos vascularizados produziram níveis inconsistentes dos tipos de células necessários para formar vasos sanguíneos.
Outros pesquisadores tentaram uma abordagem de engenharia, cultivando células endoteliais separadamente ou até mesmo bioimprimindo redes vascularizadas em 3D e combinando-as com um organoide cardíaco.
Mas nenhum deles conseguiu obter organoides com sistemas de vasos sanguíneos realistas.
“Eles não fabricam realmente vasos ramificados com passagens”, disse Abilez.
No estudo publicado recentemente, a equipe se propôs a otimizar uma receita química para cultivar organoides cardíacos que poderiam gerar de forma confiável quase todos os tipos de células do coração humano, incluindo células que formam uma rede robusta de vasos sanguíneos.
Os pesquisadores revisaram os métodos estabelecidos para a criação de três tipos principais de células: cardiomiócitos, células endoteliais e células musculares lisas.
Eles combinaram esses métodos em 34 receitas diferentes, ou condições de crescimento – especificando quais fatores de crescimento, em que quantidade e quando adicioná-los – para criar organoides cardíacos contendo os três tipos de células.
Eles também modificaram células-tronco para fluorescer em cores diferentes quando se transformavam nos três tipos de células.
Quando testaram as 34 receitas em células-tronco e as deixaram crescer por cerca de duas semanas, uma em particular – a condição 32 – foi a clara vencedora. Produziu o organoide cardíaco mais colorido.
“Era bem óbvio”, disse Abilez. “Escolhemos a que nos forneceu a maior quantidade dessas três cores fluorescentes, que correspondem à maioria dos cardiomiócitos, células endoteliais e células musculares lisas.”
Sob microscopia 3D, os organoides em forma de donut foram organizados com cardiomiócitos e células musculares lisas em seu interior, juntamente com uma camada externa de células endoteliais que formavam vasos sanguíneos inconfundíveis.
Esses minúsculos vasos tubulares ramificados assemelham-se aos capilares do coração, que têm de 10 a 100 micrômetros, aproximadamente a espessura de um fio de cabelo, de diâmetro.
Quando os pesquisadores analisaram as outras células nos organoides usando sequenciamento de RNA de célula única, ficaram surpresos ao encontrar quase todos os outros tipos de células do coração.
Cada organoide continha de 15 a 17 tipos diferentes de células, comparável a um coração embrionário de seis semanas, que possui 16 tipos de células. Um coração adulto possui 21 tipos de células.
“Ele tinha todos esses outros tipos de células encontrados no coração”, disse Abilez. “Isso foi inesperado, de uma forma positiva.“
Vídeo 2: Pesquisadores criam mini-fígado funcional por impressão 3D
LEIA MAIS
UFRJ e USP Descobrem Molécula que Reverte Déficit
Cientistas Russos e Coreanos Criam Gel que Regenera Ossos
Modelo de desenvolvimento
A receita vencedora parece se aproximar das condições encontradas nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário, quando diferentes tipos de células emergem e os vasos sanguíneos começam a se formar.
Isso sugere que os organoides podem ser valiosos como modelos dos primeiros estágios do desenvolvimento humano, um período difícil de estudar.
“Existe uma caixa preta de desenvolvimento no início da gravidez, quando não é possível, eticamente, testar medicamentos”, disse Abilez.
Como prova de conceito, os pesquisadores testaram fentanil, um opioide potente e frequentemente mal utilizado, em organoides cardíacos vascularizados. Descobriram que os organoides expostos ao fentanil geraram mais vasos sanguíneos.
“Ainda não sabemos como isso pode se manifestar em um recém-nascido, mas é uma diferença”, disse Abilez.
Outros órgãos
Os pesquisadores também demonstraram que sua estratégia de vascularização poderia ser adaptada para criar outros organoides.
Combinando métodos consagrados para diferenciar os principais tipos de células do fígado, eles criaram organoides hepáticos com redes robustas de vasos sanguíneos.
Em estudos futuros, os pesquisadores permitirão que os organoides vascularizados se desenvolvam por mais tempo para verificar o quão grandes e maduros eles se tornam.
Eles também planejam otimizar ainda mais suas receitas de vascularização para gerar ainda mais tipos de células nos organoides, como células imunológicas e células sanguíneas, para se assemelharem mais à composição de um coração adulto e modelar melhor as doenças adultas, disse Wu.
“Eu adoraria poder fazer isso em todos os diferentes tipos de organoides”, disse Abilez. “Afinal, quase todos os órgãos do nosso corpo têm um sistema de vasos sanguíneos.”
Política de Uso
Fique à Vontade para Compartilhar. Pedimos que Adicione o Link Anexo nas Fontes. Ajude às Pessoas Encontrar o Site. Grato por Valorizar Nosso Trabalho. Volte Sempre!
Criados Mini Órgãos Vascularizados de Coração e Fígado
Bibliografia
Revista Science
Gastruloids enable modeling of the earliest stages of human cardiac and hepatic vascularization
Stanford Report
Scientists create vascularized mini-organs, advancing regenerative medicine
