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Os pesquisadores japoneses usam células estaminais pluripotent para reproduzir estruturas de ordem superior do rim

No rim embrionário, três tipos de pilhas do precursor, pilhas do ancestral do nephron, botões ureteric, e pilhas intersticiais do ancestral, interagem para formar estruturas tridimensionais do rim. Os métodos para induzir estruturas do nephron através das pilhas do ancestral do nephron das células estaminais pluripotent do rato (PSCs) têm sido estabelecidos já. Contudo, desde que outras pilhas do ancestral não eram incluídas, as estruturas “de ordem superior” do rim (o estado em que diferenciou estruturas do nephron são conectados orgânica entre si por canais de coleta de ramificação) não foram reproduzidas. Agora, um grupo de investigação japonês desenvolveu um método de usar PSCs para induzir a produção de botões ureteric, ancestral de canais de coleta ramificados, e sucedeu em reproduzir a estrutura de ordem superior do rim.

Os números crescentes de pacientes sofrem da doença renal crônica, e mais de 2 milhões de pessoas no mundo inteiro são afectados pela doença renal da fase da extremidade. Os pacientes que submetem-se à hemodiálise têm um QOL diminuído enquanto precisam diversas horas do tratamento cada semana para o resto das suas vidas. Infelizmente, as oportunidades para a transplantação de rim são limitadas e a descoberta 2006 de pilhas do iPS pelo professor Yamanaka e outros da universidade de Kyoto, Japão tem elevado a expectativa para que a medicina regenerativa “construa” órgãos inteiramente de funcionamento. Contudo, o processo de reproduzir uma estrutura inteira do órgão continua a ser um tema comum e desafiante para todo o estudo da regeneração do órgão. Os pesquisadores regeneratives da medicina do instituto de universidade de Kumamoto da embriologia e da genética moleculars (IMEG) em Japão estão trabalhando para o objetivo de produzir o rim funcional da inteiramente -. Para fazer assim, é importante reconstruir estruturas de ordem superior do rim dos PSCs.

Os estudos precedentes revelaram que a interacção de três tipos de pilhas do ancestral é essencial para a organogénese embrionária do rim: as pilhas do ancestral do nephron que formam os nephrons, os botões ureteric que são a base para recolher canais, e as pilhas intersticiais do ancestral que criam os tecidos que enchem a diferença entre estruturas. Os botões Ureteric são particularmente importantes porque jogam um papel fundamental na revelação de ordem superior da estrutura do rim.

Ao fim de 2013, o grupo de investigação da universidade de Kumamoto abriu caminho um método da indução para pilhas do ancestral do nephron das células estaminais embrionárias do rato (ESCs) e pilhas humanas do iPS, e foi bem sucedido em criar o tecido tridimensional do rim que incluiu estruturas do nephron. Desde então, diversos métodos para criar nephrons foram relatados dos vários laboratórios em todo o mundo. Contudo, nenhum estudo reproduziu a estrutura de ramificação dos canais de coleta que interconectam nephrons. Estas interconexões são essenciais porque a urina produzida pelos nephrons deve passar através dos canais de coleta e no uréter em sua maneira à bexiga para a excreção. Assim, os pesquisadores investigaram um método para induzir os botões ureteric dos PSCs, e apontado reproduzir estruturas do rim combinando o nephron PSC-derivado e pilhas stromal embrionárias do ancestral.

Descobriram primeiramente que os canais de Wolffian do rato (WDs), precursores de botões ureteric, gradualmente amadureceram e ganharam a capacidade de ramificação entre o dia da embriogénese (e) 8,75 e o E11.5. Podiam então cultivar in vitro pilhas de WD e determinavam os factores de crescimento necessários produzir os botões ureteric maduros. Finalmente, desenvolveram um protocolo para induzir E11.5 ureteric botão-como pilhas do rato ESCs através de E8.75 WD-como pilhas. Revelou-se aqui que as pilhas do ancestral do nephron e os botões ureteric exigem circunstâncias individualmente aperfeiçoadas para a indução bem sucedida.

A funcionalidade dos botões ureteric ESC-derivados rato foi verificada mais co-cultivando um único botão com os precursores embrionários do rim, ou com uma mistura de ancestral ESC-derivados do nephron e de ancestral stromal embrionários. No rim reconstruído organoid, os pesquisadores observaram a formação de epitélio ureteric de ramificação, de nephrons diferenciados, e de ancestral do nephron na superfície das pontas ureteric do botão, confirmando desse modo a funcionalidade dos botões ureteric induzidos e a reconstrução de estruturas de ordem superior do rim.

Com uma alteração ligeira do protocolo, os pesquisadores podiam induzir os botões ureteric dos iPSCs humanos, e confirmavam sua capacidade de ramificação quando cultivados com factores de crescimento. Quando executaram a mesma experiência em uma linha humana esgotada de PAX2, um gene do iPSC conhecido para ser essenciais para a formação ureteric do botão nos ratos e para a revelação do rim nos seres humanos, os botões ureteric eram não induzidos e ramificar não foi observada. Assim, é praticável usar os botões ureteric derivados das pilhas do iPS para estudar as anomalias do rim causadas pela mutação genética.

“Nossos resultados mostram a possibilidade de reconstruir, em certa medida, estruturas de ordem superior do órgão dos PSCs. Fecham são induzir e para combinar tipos diferentes de pilhas do ancestral de acordo com origens e os processos de maturação desenvolventes individuais,” disse o professor adjunto Atsuhiro Taguchi da universidade de Kumamoto, que conduzem a pesquisa. “Este trabalho fornece uma estratégia fundamental para a regeneração do órgão do rim, e abre a porta para explicar mecanismos da organogénese.”

“Este estudo mostra como reproduzir artificial a forma de órgãos complexos tais como o rim. Contudo, para fazer órgãos completos dos PSCs, é essencial desenvolver um método para induzir pilhas intersticiais do ancestral,” professor adicionado Ryuichi Nishinakamura, co-autor e cabeça do laboratório de investigação onde esta descoberta foi feita. “Para que os rins funcionem e cresçam correctamente, a incorporação de tecidos vasculares é indispensável. Há ainda muitos problemas que permanecem em tecidos tornando-se do rim para a transplantação, mas este estudo deve promover o progresso da pesquisa da regeneração do rim. Por exemplo, a reprodução e o exame de malformações congenitais em recolher o tecido do canal devem considerar uma grande melhoria simplesmente porque nós podemos agora criar a coleta do tecido do canal como necessários--uma tarefa que não estivesse disponível à ciência regenerativa até agora.”