Cientistas injetaram dezenas de células-tronco humanas em embriões de macaco em desenvolvimento, e os híbridos resultantes sobreviveram por até 20 dias em placas de laboratório.
Esses embriões de macaco humano algum dia poderão servir como modelos úteis para doenças humanas, desenvolvimento embrionário e envelhecimento, observaram os autores do estudo em um novo relatório publicado em 15 de abril na revista Cell. Ao ampliar a interação das células humanas e animais nos embriões, os cientistas também poderiam aprender como ajudar as células humanas a sobreviver entre as células animais, potencializando o esforço para fazer crescer órgãos humanos em modelos animais vivos.
Esses estudos ofereceriam uma janela para a biologia humana que, de outra forma, exigiria experimentos em humanos, tornando esses estudos atualmente impossíveis. É claro que o desenvolvimento de quimeras humanos-animais – organismos que contêm células de duas ou mais espécies – levanta suas próprias preocupações éticas, especialmente no que diz respeito ao tempo de desenvolvimento de tais embriões.
No passado, os cientistas tentaram incorporar células-tronco humanas em embriões de porcos e ovelhas, com o objetivo final de cultivar órgãos humanos no gado para uso em cirurgias de transplante, relatou a Science Magazine. Mas muito poucas células humanas sobreviveram aos experimentos.
A baixa taxa de sobrevivência pode ser devido ao fato de que porcos e ovelhas não são intimamente relacionados aos humanos, evolutivamente falando, disse o autor sênior Juan Carlos Izpisúa Belmonte, professor do Instituto Salk de Estudos Biológicos em La Jolla, Califórnia, ao Live Science em um e-mail. Por exemplo, porcos e humanos divergem uns dos outros há 90 milhões de anos, quando pela última vez compartilharam um ancestral comum, disse ele.
Como os pesquisadores usaram macacos no novo estudo, “a distância evolutiva é menor, e isso pode ser responsável pela maior eficiência relativa da integração das células-tronco humanas na quimera”, disse ele ao Live Science. Novos dados coletados de embriões de macaco humano podem fornecer dicas sobre como melhorar o crescimento de células humanas em animais mais distantes, disse Izpisúa Belmonte.
Embora essa linha de pesquisa possa levar a avanços empolgantes na ciência médica, há questões éticas a serem abordadas, disse Alejandro De Los Angeles, biólogo de células-tronco da Escola de Medicina da Universidade de Yale, que não esteve envolvido no estudo.
“Uma das principais preocupações com as quimeras humano-animal é se a ‘humanização’ das quimeras ocorrerá, por exemplo, se tais quimeras adquirem cognição semelhante à humana”, disse De Los Angeles ao Live Science por e-mail. No entanto, essas preocupações não se aplicam necessariamente ao novo experimento, uma vez que os embriões só foram autorizados a se desenvolver por um período limitado e não foram implantados em um útero, disse ele. Mas para estudos futuros, “será importante discutir por quanto tempo os experimentos devem durar”, disse ele.
Mistura de células de macaco e células humanas
Para produzir os embriões de macaco humano, os pesquisadores primeiro coletaram oócitos – um precursor das células-ovo maduras – de macacos Cynomolgus (Macaca fascicularis), amadureceram as células em cultura e então injetaram esperma de macaco para fertilizá-las. Após seis dias, as células fertilizadas se dividiram em células adicionais e, em seguida, montadas em esferas ocas, conhecidas como blastocistos; em uma gravidez normal, um blastocisto se implantaria no útero e, mais tarde, daria origem a um embrião desenvolvido.
Neste experimento, a equipe transferiu os blastocistos de macaco em desenvolvimento para pratos de laboratório e usou um laser para remover seu revestimento externo transparente, chamado de zona pelúcida. Sem uma zona pelúcida intacta, os blastocistos se fixam na placa de laboratório em que são colocados, imitando de certa forma como se implantariam na parede uterina. A equipe então aplicou uma técnica desenvolvida pelo co-autor do estudo Weizhi Ji e seu laboratório que permite que embriões de macaco sobrevivam por 20 dias fora do corpo materno; esta técnica envolve fazer ajustes minuciosos à solução de cultura em torno das células.
Mesmo assim, as condições não reproduzem perfeitamente as encontradas em um organismo vivo, disse Izpisúa Belmonte. “Isso terá um efeito não apenas no desenvolvimento dos embriões de macaco, mas também nas células humanas doadoras”, disse ele.
“Apesar dessas considerações, é realmente surpreendente que muitos embriões tenham se desenvolvido por um longo período de tempo”, acrescentou Izpisúa Belmonte.
Seis dias após fertilizar as células do macaco, os pesquisadores injetaram 25 células-tronco humanas em cada blastocisto. Essas células, chamadas células-tronco pluripotentes estendidas (EPS), podem se diferenciar em tecido embrionário e em tecidos “extraembrionários”, que sustentam o embrião em desenvolvimento fornecendo nutrição e removendo resíduos.
Todos os 132 embriões ainda continham células humanas um dia após a implantação, mas apenas 111 embriões aderiram com sucesso às placas de laboratório. Destes, 103 embriões sobreviveram até o dia 10 após a fertilização. Seus números caíram abruptamente entre os dias 15 e 19, deixando apenas três embriões sobreviventes ao final do experimento.
Mais da metade dos embriões sobreviventes ainda continham células humanas no dia 9, e cerca de um terço ainda continha células humanas no dia 13. Essas células humanas se integraram à massa celular interna, a parte do blastocisto que dá origem ao embrião, saco vitelino e âmnio (uma membrana protetora). O número de células humanas que sobreviveram excedeu em muito o observado em um estudo anterior, no qual Izpisúa Belmonte e seus colegas injetaram células humanas em embriões de porco.
Próximas etapas e considerações éticas
Além de rastrear quantas células-tronco humanas sobreviveram ao longo do experimento, a equipe também analisou quais genes foram ativados nos embriões quiméricos durante o desenvolvimento e quais proteínas eles produziram. A equipe coletou os mesmos dados de um conjunto de embriões de macaco inalterados, para ver se a expressão do gene parecia diferente nos embriões quiméricos.
“Os autores … observaram algumas mudanças que ocorreram em células de macaco após a introdução de células humanas no embrião de macaco”, disse De Los Angeles ao Live Science. “Houve alguma conversa cruzada entre as células humanas e de macaco.”
Em comparação com os embriões inalterados, os embriões quiméricos ativaram genes adicionais e construíram um conjunto diferente de proteínas, descobriram os autores. Eles levantam a hipótese de que alguns desses genes e proteínas podem estar envolvidos na “comunicação” entre o macaco e as células humanas, e que essas linhas de comunicação podem ser a chave para a sobrevivência prolongada das células humanas, disse Izpisúa Belmonte.
Olhando para o futuro, a equipe planeja estudar essas vias de comunicação “para determinar quais são críticas para o sucesso deste processo”, disse Izpisúa Belmonte. Se essas mudanças moleculares pudessem ser replicadas em outras espécies, como porcos, isso poderia melhorar as tentativas de cultivar tecidos e órgãos humanos nesses animais, acrescentou.
Ao pensar sobre o futuro dos embriões quiméricos, a ética científica deve entrar em discussão, Henry Greely, diretor do Centro de Direito e Biociências de Stanford, e Nita Farahany, diretora da Iniciativa de Duke para Ciência e Sociedade, escreveram em um comentário sobre o novo estudo . Esses embriões, por sua natureza, levantam preocupações diferentes do transplante direto de células e tecidos humanos em animais, escreveram eles.
Com o transplante direto, os pesquisadores podem prever como os tecidos transplantados se integrarão ao animal maior e determinar se um transplante pode entrar em uma área de preocupação, como o cérebro e as gônadas, escreveram eles. Mas, em um embrião quimérico, as células humanas podem potencialmente se incorporar a todo o organismo, desde que o embrião tenha permissão para se desenvolver por algum tempo.
Nos novos experimentos, “os embriões aqui não foram transferidos para um útero e, portanto, não poderiam levar a animais quiméricos vivos ou mesmo a fetos”, e o crescimento de quimeras desenvolvidas em um útero não é o objetivo de longo prazo desta pesquisa, eles notaram. “A implantação de embriões de macaco humano seria eticamente controversa e precisará ser discutida por cientistas, especialistas em ética e pelo público antes de prosseguir com tais experimentos”, disse De Los Angeles.
Além disso, os cientistas precisarão considerar seriamente o bem-estar dos animais envolvidos em pesquisas futuras sobre quimeras, particularmente a de primatas não humanos, e também avaliar os riscos e benefícios potenciais para os humanos, escreveram Greely e Farahany. As Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina divulgaram recentemente um relatório delineando considerações éticas para o uso de cérebro humano ou tecido nervoso em quimeras, mas houve pouca discussão em torno de embriões quiméricos de forma mais ampla, eles observaram.
Agora que pode ser possível cultivar embriões humanos-primatas por longos períodos de tempo, essas discussões devem acontecer mais cedo ou mais tarde, eles disseram.
Publicado em 15/04/2021 22h58
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