Força mecânica induz diferenciação de célula-tronco embrionária

Os cientistas olaram uma gota magnética, com cerca de 4 micrômetros de diâmetro, na superfície de uma célula-tronco embrionária viva, usando um campo magnético externo para agitar as duas. [Imagem: Chowdhury et al.]

Um pequeno "empurrãozinho" pode ser tudo o que uma célula-tronco embrionária precisa para diferenciar-se em um tipo específicos de célula.

A descoberta, feita por cientistas da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, terá aplicações na clonagem terapêutica e na medicina regenerativa.

"Nossos resultados sugerem que pequenas forças mecânicas podem de fato desempenhar um papel crítico na direção específica da diferenciação," afirma Ning Wang, um dos autores da pesquisa que será publicado no próximo exemplar da revista Nature.

Expressão genética à força

A "maciez" física é uma propriedade intrínseca das células-tronco embrionárias que determina como elas respondem às forças em seu microambiente físico. Os cientistas já sabiam que as forças mecânicas externas determinam como as células-tronco se ligam a uma superfície e como elas se espalham sobre a superfície.

O que eles não sabiam é que a força mecânica externa também influencia como genes específicos são expressados, determinando a rota que a célula-tronco seguirá, diferenciando-se em um tipo específico de célula.

Sensibilidade celular

Para estudar a sensibilidade celular à força mecânica, Wang e seus colegas primeiro colaram uma gota magnética, com cerca de 4 micrômetros de diâmetro, na superfície de uma célula-tronco embrionária viva.

Um campo magnético oscilante, aplicado externamente, portanto sem nenhum contato direto com a célula ou com a gota magnética, fez com que a dupla oscilasse numa e noutra direção.

A natureza cíclica da força mecânica é muito importante no experimento. Segundo Wang, a oscilação simula as forças naturais que atuam no interior de uma célula viva, como o movimento cíclico da miosina, uma espécie de motor de proteína.

Os pesquisadores descobriram que as células-tronco embrionárias são mais flexíveis e muito mais sensíveis às forças cíclicas que as células mais maduras, já diferenciadas.

Os pesquisadores obtiveram os mesmos resultados quando aplicaram as forças cíclicas a células musculares humanas. As células-tronco embrionárias utilizadas no experimento foram colhidas de embriões de ratos. Eles não fizeram experiências com células-tronco embrionárias humanas.

Expressão genética seletiva

Para estudar os efeitos de longo prazo da aplicação das forças mecânicas, os pesquisadores utilizaram corantes fluorescentes verdes, que permitiram acompanhar a expressão de genes específicos que, em última instância, determinam o caminho de desenvolvimento da célula-tronco, ou seja, em que tipo de célula ela se diferenciará.

"Se nossas descobertas puderem ser estendidas para embriões animais em seus primeiros estágios, poderemos ter uma nova forma de diferenciar localmente uma única célula de uma determinada linhagem, deixando todas as demais intactas," explica Wang.

Bibliografia:

Material properties of the cell dictate stress-induced spreading and differentiation in embryonic stem cells

Farhan Chowdhury, Sungsoo Na, Dong Li, Yeh-Chuin Poh, Tetsuya S. Tanaka, Fei Wang, Ning Wang

Nature Materials

October 2009

Vol.: Published online

DOI: 10.1038/nmat2563

Fonte: Inovação Tencológica

Como colocar a vida no papel

Células endoteliais crescidas em folhas sobrepostas de papel, formando estruturas semelhantes a vasos sanguíneos, que se espalham entre as fibras de celulose. [Imagem: Ratmir Derda]

Cientistas da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, descobriram uma técnica que poderá mudar a forma como os biólogos cultivam e estudam células vivas.

O potencial da nova técnica é a sua simplicidade - tão fácil quanto usar uma toalha ou um filtro de papel.

Cultivo de células em laboratório

O cultivo de células em laboratório normalmente é feito em pequenos recipientes de vidro, chamados placas de Petri. Mas as células no organismo real não crescem em superfícies planas - elas crescem em três dimensões, para formar os órgãos.

Existem algumas técnicas para fazer isto, envolvendo a criação de suportes para as células crescerem, normalmente um gel, todas, entretanto, ainda longe da perfeição.

Como as células de diferentes pontos de um órgão consomem quantidades diferentes de oxigênio e alimento, essas culturas de laboratório não conseguem reproduzir as condições de um órgão real. Estudar as células de diferentes partes do gel, então, é ainda mais difícil.

Cultivo de células em papel

O trabalho do pesquisador Ratmir Derda consistiu em encontrar um suporte muito mais simples e fácil de manipular.

As células são cultivadas em um papel comum, que pode ser um filtro de papel ou um papel toalha. Sobre cada folha, as células formam uma camada bidimensional, exatamente como na placa de Petri. Desta forma, elas usufruem do benefício do enfoque bidimensional, que permite que todas recebam as quantidades adequadas de oxigênio e alimento.

A seguir, os pesquisadores vão empilhando as folhas de papel, cada uma com sua própria camada de células cultivadas. A porosidade do papel permite que as células se comuniquem, criando uma estrutura tridimensional que reproduz a estrutura de um órgão de forma mais precisa do que quando se utiliza o gel.

Os pesquisadores cultivaram um tumor 3D no suporte de papel que apresenta comportamentos similares ao câncer no organismo. Para estudar as células internas, basta retirar as folhas de papel sobrepostas, sem destrui-las.

Ferramenta de laboratório

O resultado poderá simplificar a criação de modelos tridimensionais realísticos de tecidos normais ou cancerosos, potencialmente tornando mais rápido e fácil testar compostos químicos candidatos a novos medicamentos.

"Esta pesquisa tem o potencial para se tornar uma ferramenta-padrão nos laboratórios, juntamente com as placas de Petri, em todos os trabalhos com células vivas," diz George Whitesides, um dos orientadores do trabalho. "Filtros e outros tipos de papel estão disponíveis em todos os lugares, e a técnica é flexível, servindo a vários propósitos, e extremamente simples."

Bibliografia:

Paper-Supported Three-Dimensional Cell Culture for Tissue-Based Bioassays

Ratmir Derda, Anna Laromaine, Akiko Mammoto, Sindy K. Y. Tang, Tadanori Mammoto, Donald E. Ingber, George M. Whitesides

Proceedings of the National Academy of Sciences

October 21, 2009

Vol.: Published online before print

DOI: 10.1073/pnas.0910666106

Fonte:  Inovação Tecnológica