Embriões de camundongo crescem por dias em cultura, mas os requisitos são meio malucos

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Prolongar / Um embrião de rato com o sistema nervoso destacado em azul.

Os embriões começam como uma única célula e têm que ir a partir daí para uma complexa matriz de múltiplos tecidos. Para organismos como insetos ou sapos, esse processo é muito fácil de estudar, pois o desenvolvimento ocorre em um ovo que é depositado no meio ambiente logo após a fertilização. Mas para os mamíferos, onde todo o desenvolvimento ocorre dentro do trato reprodutivo, compreender os primeiros estágios de desenvolvimento é um sério desafio. Realizar qualquer experimento em um embrião em desenvolvimento é extremamente difícil e efetivamente impossível em alguns estágios.

Esta semana, no entanto, houve progresso com embriões humanos e de camundongo. No lado humano, os pesquisadores usaram células-tronco induzidas para criar corpos semelhantes a embriões que executam a primeira etapa-chave no desenvolvimento, alcançando-os onde a pesquisa com camundongos esteve por décadas. No lado do rato, no entanto, uma equipe de pesquisa conseguiu embriões de rato para ir por quase uma semana fora do útero. Embora isso abra um mundo de experimentos que antes não eram possíveis, os requisitos para fazê-lo funcionar significam que é improvável que seja amplamente adotado.

Para criar ratos, você precisa de ratos

O trabalho do mouse era um pouco mais interessante tecnicamente, então vamos ver isso primeiro. Uma das etapas mais críticas no desenvolvimento dos vertebrados é chamada de gastrulação. O processo pega algumas células que foram reservadas durante o embrião inicial e as converte em três camadas críticas que formam o embrião: a pele e os nervos, o revestimento do intestino e tudo mais.

A gastrulação ocorre entre seis e sete dias após a fertilização, e muitos eventos importantes do desenvolvimento ocorrem logo depois: a formação das células nervosas e sua organização, o desenvolvimento das estruturas ordenadas que formam as vértebras e muito mais. Mas, dado o tamanho do embrião nessa época e sua localização no útero, o processo de gastrulação é essencialmente invisível.

Uma grande equipe baseada em Israel decidiu descobrir como mudar isso. Eles começaram com embriões que já haviam passado pelos estágios críticos de gastrulação e descobriram como fazê-los sobreviver. Não era … simples. Para começar, os embriões tiveram que ser incubados em uma garrafa que girava constantemente para garantir que todos os nutrientes e oxigênio ao redor do embrião fossem completamente misturados, em vez de permitir que as demandas de energia do embrião criassem uma "zona morta" local ao seu redor.

Os níveis de oxigênio tinham que ser controlados por meio de um sistema de suprimento de gás interno personalizado que aumentava a pressão com o tempo para forçar a solução de mais oxigênio. E glicose fresca também tinha que ser infundida regularmente no meio líquido.

Sobre aquele meio líquido. Cerca de um quarto era algo que você poderia comprar de um catálogo de suprimentos padrão de biotecnologia. O resto foi substancialmente mais difícil de comprar. Metade era soro obtido de sangue de rato. E um quarto era soro obtido do sangue do cordão umbilical humano. Nenhum desses é particularmente fácil de encontrar. Eles testaram, e você realmente precisa do sangue humano; sangue de rato sozinho não era tão bom. (Com que frequência escrevo uma frase como essa?)

Em qualquer caso, isso foi o suficiente para fazer os embriões passarem por quatro dias de desenvolvimento. Isso os levou de três camadas de células não especializadas para um local onde a medula espinhal começou a se formar e os membros começaram a brotar na lateral do embrião. Isso, em termos de desenvolvimento, inclui uma série de eventos importantes que estamos muito interessados ​​em estudar.

Mas, a essa altura, o sistema circulatório em crescimento dos embriões deveria estar integrado à placenta, garantindo que todo o embrião fosse bem suprido com nutrientes e oxigênio. Os embriões morreram de uma forma que sugeria que provavelmente não havia fornecimento de oxigênio.

Ainda mais cedo …

Enquanto uma conquista, tudo isso acontece depois que a gastrulação aconteceu. Assim, os pesquisadores recuaram um pouco mais, isolando embriões entre quatro e cinco dias após a fertilização. O mesmo meio funcionou, mas aqui, os embriões não precisavam estar em uma garrafa giratória para sobreviver. As duas incubações poderiam ser combinadas, essencialmente levando os embriões a uma semana inteira de desenvolvimento fora do útero.

Além disso, a equipe mostrou que podiam realizar uma variedade de manipulações nos embriões durante esse período de cultura. Isso incluiu inserir DNA em suas células (usando um vírus ou correntes elétricas) ou adicionar células-tronco para ver como elas se desenvolvem. Então, para qualquer um que esteja disposto a obter sangue de rato e umbilical suficiente para fazer tudo isso funcionar, há muitas pesquisas sobre biologia do desenvolvimento que agora podem ser feitas em embriões de camundongos.

A única coisa que obviamente não está acessível por meio deste trabalho é o processo de desenvolvimento inicial, no qual uma cavidade se abre em uma bola de células de aparência uniforme formada pelas primeiras divisões celulares do ovo fertilizado. Isso cria as primeiras populações de células um tanto especializadas no embrião (tanto as do exterior quanto uma porção de células dentro da cavidade). A estrutura resultante é chamada de blastocisto.

Para os ratos, temos sido capazes de pegar um ovo fertilizado e transformá-lo em um blastocisto em cultura por anos. Mas isso não foi feito com células humanas. E, até certo ponto, ainda não mudou. Em vez disso, dois laboratórios diferentes começaram com células-tronco, sejam células-tronco embrionárias ou células-tronco induzidas de tecidos adultos. Em contraste com o trabalho com camundongos, fazer com que o embrião chegue tão longe poderia ser feito com ingredientes prontos para uso na mídia em que as células foram cultivadas.

Isso abre os primeiros estágios do desenvolvimento humano para estudar. Mas, embora a formação do blastocisto seja interessante, muito mais ocorre em estágios posteriores de desenvolvimento. E aqui, as preocupações éticas provavelmente limitarão o quão longe estaremos dispostos a levar tecido humano em cultura.

O interessante aqui é que já podemos fazer com que embriões de camundongo se desenvolvam em blastocistos, e agora podemos levar os blastocistos bem em seu caminho de desenvolvimento. Portanto, parece provável que possamos conectar os dois processos com um pouco de trabalho. Isso seria o suficiente para ir da fertilização até cerca de dois terços do caminho até o nascimento. Isso é impressionante.

Mas, a esta altura, o embrião está se tornando muito tridimensional, e o fornecimento de oxigênio e nutrientes a todas as células realmente requer um suprimento de sangue funcional, conectado a uma fonte para todas as necessidades do embrião. E não está claro como exatamente poderíamos substituir a placenta, que hospeda um intercâmbio muito elaborado e especializado entre as correntes sanguínea fetal e materna. Em termos práticos, no entanto, esses resultados significam que uma série de experimentos agora são possíveis em ratos – desde que você esteja disposto a sangrar ratos suficientes.

Nature, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03416-3, 10.1038 / s41586-021-03372-y, 10.1038 / s41586-021-03356-y (Sobre DOIs)

Fonte: Ars Technica