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Pulmão Organoids: Metodologia, pesquisa e aplicações

Os pulmões são compreendidos de um sistema de ramificação complexo, alinhado com pilhas altamente especializadas. Estas pilhas facilitam diversas funções cruciais, tais como a troca do oxigênio, mas funções imunes para proteger igualmente esta parte vulnerável do corpo da infecção.

Os avanços recentes descobriram que é possível crescer pilhas epiteliais pulmão-derivadas em uma cultura 3D, sem as pilhas que de apoio estruturais crescem geralmente dentro dentro dos pulmões. Neste ajuste, as pilhas formam a auto-formação das estruturas referidas como “organoids”.

Metodologia

As culturas celulares foram crescidas pela maior parte em um monolayer que faltasse in vivo umas interacções mais complexas entre pilhas e tipos da pilha. Crescer pilhas nos organoids 3D oferece uma introspecção mais complexa e mais realística porque os organoids cumprem três aspectos importantes in vivo de órgãos: o tipo mais do que de uma célula pode ser crescido junto, estes tipos da pilha podem estruturar-se aproximadamente como fazem no órgão nativo e podem, agradecimentos a isto, para reter algum funcionamento inato.

A produção de organoids confia nos mesmos processos que ocorrem durante a produção do órgão na revelação normal. Estes processos incluem as propriedades específicas da adesão que causam a auto-organização das pilhas, e a diferenciação de pilhas do ancestral que é limitada a determinadas áreas. Isto pode ser feito usando as pilhas do ancestral do tecido embrionário, que organizarão nas estruturas características da organogénese adiantada. As pilhas maduras do tecido adulto do órgão podem igualmente ser crescidas em organoids, mas a um grau inferior.

O sistema respiratório origina como os botões no endoderme, que se transformam vias aéreas e alvéolos com uma série de processos de ramificação. As várias especificações da pilha ocorrem durante a organogénese e a formação de um organoid. Os organoids humanos do pulmão foram desenvolvidos das células estaminais pluripotent, que podem ser transplantadas em ratos para permitir que o crescimento continue nas vias aéreas e nos alvéolos dos pulmões.  Após seis meses do cultivo, os pulmões eram equivalentes aos pulmões humanos no segundo trimestre da gestação. Isto poderia igualmente ser conseguido quando os organoids do botão do pulmão permaneceram na cultura.

Pesquisa e aplicações

Organoids fornece um método teste-livre realístico, do animal para estudar o tecido e a revelação do órgão. Os organoids do pulmão podem igualmente ser derivados dos tecidos diferentes, tais como células estaminais e pilhas básicas. Nos pulmões, as pilhas básicas compo a parte das pilhas epiteliais que alinham a via aérea e são cruciais para manter a função da barreira. Normalmente, é as pilhas básicas que mudam o comportamento e a proliferação em resposta a dano de pilha para restaurar a camada epitelial. Contudo, quando dano é induzido às pilhas básicas elas mesmas, determinadas pilhas secretory submetem-se às mudanças que conduzem a elas pilhas básicas funcionais se tornando, trabalhando desse modo como células estaminais. Os organoids do pulmão podem ser usados aqui para explicar mais sobre os mecanismos da regeneração da barreira epitelial e para selecioná-los para as drogas que regulam a plasticidade e a linhagem.

Growing lung organoids in biomaterial scaffold

As doenças foram modeladas igualmente usando organoids do pulmão. O vírus syncytial respiratório (RSV) afecta neonatos, e não tem actualmente nenhum tratamento eficaz licenciado. Previamente não havia nenhum modelo que poderia reproduzir a infecção de RSV. Contudo, a pesquisa subseqüente que considerou os organoids do pulmão que estão sendo contaminados com RSV, encontrou as pilhas epiteliais dos organoids derramados no lúmen das estruturas de ramificação. Esta patologia previamente tem sido considerada ao estudar a infecção de RSV e está na simultaneidade com as causas sintomas do vírus'.  Isto abre oportunidades para que os organoids do pulmão sejam usados como modelos viáveis para estudar doenças pulmonares.

Além do que infecções restrita virais, o potencial usar organoids do pulmão em circunstâncias genéticas foi investigado igualmente. A síndrome de Hermansky-Pudlak (HPS), em alguns formulários, é associada com a fibrose pulmonaa. Usando CRISPR, a fibrose pulmonaa associada HSP foi induzida parcialmente em organoids do pulmão. O efeito resultante era estruturas de ramificação menos afiadas e uma acumulação de pilhas mesenchymal. Esta pesquisa igualmente encontrou a evidência para apoiar a teoria que determinados formulários da fibrose pulmonaa estão causados por ferimento ao tecido epitelial.

Conseqüentemente, parece possível que os organoids do pulmão são tão funcional similares aos órgãos do pulmão que podem ser usados para modelar alguns formulários da fibrose pulmonaa. Diversos desafios ainda enfrentam organoids do pulmão e seu uso na pesquisa. Como mencionado, um pulmão organoid combinando a fase desenvolvente do segundo trimestre foi crescido em seis meses. Isto indica que a maturação organoid combina o ritmo da revelação normal. Conseqüentemente, alcançar a fase completa da maturação permanece um desafio. Uma outra limitação actual é que o processo de ramificação que ocorre parece ser aleatório. Quando isto em conformidade com uma teoria que indica o processo de ramificação ocorrerá em uma maneira compilando, esta teoria não é provada e a aleatoriedade pode apresentar dificuldades potenciais.

Em terceiro lugar, o mecanismo exacto da modelação e a natureza geral das pilhas mesenchymal organoid são desconhecidos. Contudo, os organoids do pulmão ainda guardaram muito potencial como modelos para o funcionamento do pulmão, a doença, e as finalidades da selecção da droga.

Fontes

  1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28292845
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28436965
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26721435

Further Reading

Last Updated: Sep 10, 2018

Sara Ryding

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Sara Ryding

Sara is a passionate life sciences writer who specializes in zoology and ornithology. She is currently completing a Ph.D. at Deakin University in Australia which focuses on how the beaks of birds change with global warming.

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