O modelo 3D novo brilha a luz em aspectos fulcrais da revelação adiantada

De um ponto de vista biológico, as fases as mais adiantadas da vida são as mais misteriosas. Um embrião humano tornando-se submete-se a uma agitação de mudanças rápidas, e estas mudanças são excessivamente difíceis de estudar porque transpiram dentro dos limites de um ventre.

Mas com nova tecnologia, pôde logo ser possível encher diferenças importantes em nossa compreensão da gravidez e da revelação adiantadas. Os cientistas de Rockefeller usaram recentemente células estaminais para criar um modelo 3D de tecidos embrionários adiantados, permitindo que simulem processos desenvolventes enquanto ocorrem em tempo e em espaço. Os pesquisadores esperam que esta ferramenta, cujo serviço público que demonstraram recentemente em um relatório na biologia celular da natureza, tornará possível explicar mais os processos que guiam o crescimento embrionário, e o conduz finalmente às inovações que promovem gravidezes saudáveis.

Dimensões da revelação

O conceito de usar células estaminais para modelar a revelação embrionária adiantada foi desenvolvido primeiramente nos laboratórios de Ali H. Brivanlou, professor de Robert e de Harriet Heilbrunn, e Eric D. Siggia, a divisão Brinning da viola e o professor de Elbert Calhoun Brinning, que publicaram sua pesquisa inicial sobre o assunto em 2014. Apesar de fazer diversas descobertas cruciais desde então, Brivanlou e Siggia souberam que seu sistema, estêve limitado de certa forma: os modelos convencionais da célula estaminal são bidimensionais e não tomam na forma real de um embrião, conseqüentemente proibindo pesquisadores de fazer as perguntas chaves relativas a sua estrutura.

Por exemplo, os cientistas estão altamente interessados no processo por que os embriões anexam ao útero--uma primeira etapa crucial a uma gravidez bem sucedida. E de acordo com Mijo Simunovic, um companheiro júnior de Simons no laboratório de Siggia, é praticamente impossível estudar este fenômeno complexo em um sistema bidimensional.

O “acessório é inerente um problema 3D,” diz.

Para endereçar esta edição, Brivanlou, Siggia, e Simunovic usaram uma aproximação interdisciplinar para desenvolver um modelo 3D que simula um embrião humano aproximadamente quatorze-dia-velho--a fase da revelação durante que um marco miliário chave da revelação embrionária chamou a “gastrulação” ocorre.

“Nós combinamos diversas técnicas--tecnologia biológica, física, e biologia desenvolvente--para criar este modelo,” explica Simunovic, que nota que esta pesquisa não seria possível sem a colaboração original, de longa data entre os laboratórios de Siggia e de Brivanlou. “Nós temos agora um sistema 3D que imite não somente a impressão digital genética do embrião, mas igualmente seus forma e tamanho.”

Naturalmente, não é bastante para fazer um modelo que olhe simplesmente como um embrião real: deve igualmente actuar como um. Em conformidade, os pesquisadores testados se seu sistema poderia simular um dos processos os mais fundamentais na revelação animal--um fenômeno conhecido como a quebra da simetria.

Quebrando a simetria, fazendo o progresso

Em sua fase mais adiantada, um embrião compreende uma esfera simétrica das pilhas. Então, após aproximadamente duas semanas, esta simetria começa a desaparecer enquanto o embrião toma nas características distintas que assentarão bem em várias partes do corpo.

“Simetria que quebra movimentações quase tudo que acontece durante a revelação embrionária,” diz Simunovic. “Nossas cabeças não olham como nossos pés, e aquela é porque, em algum momento, o embrião quebra em duas porções, anterior e traseiro.”

Esta ruptura é, de facto, a primeira quebra da simetria da linha central de corpo que ocorre durante a revelação humana, e transpira imediatamente depois do acessório ao útero. Se os pesquisadores poderiam induzir tal ruptura em seu modelo, raciocinaram, a seguir saberiam que seu sistema emulou exactamente um embrião real--pelo menos durante este período chave no tempo desenvolvente.

Com tal fim, os pesquisadores expor seu modelo aos sinais químicos que, na gravidez, são liberados pela placenta. Com uma série de experiências, encontraram que a adição de um produto químico conhecido como BMP4 alerta confiantemente a quebra da simetria.

Nós adicionamos BMP4, e dois dias depois de uma parte da cultura tridimensional tornou-se o traseiro futuro, e a parte oposta transformou-se o futuro anterior.”

Mijo Simunovic, um companheiro júnior de Simons no laboratório de Siggia

Este resultado tem implicações além de explicar a química de um processo desenvolvente particular. Agora que os cientistas podem com sucesso modelar eventos embrionários em 3D, as extensões desta pesquisa podem ser usadas nos estudos futuros de complicações da gravidez, tais como o acessório mal sucedido.

“Aproximadamente 50 a 75 por cento dos embriões não anexam, criando um gargalo enorme à gravidez,” diz Simunovic. “Nós não sabemos porque isto é, mas usando este modelo nós podemos poder encontrar.”

Este sistema, notas de Brivanlou, podia igualmente ser usado para estudar doenças inatos. “Nós podemos criar os modelos 3D embrionários de circunstâncias genéticas, e seguimos o processo desenvolvente no tempo real,” diz. “Estes modelos podem finalmente avançar a compreensão de uma vasta gama de doenças para que nós não temos actualmente nenhuma ideia onde e quando as coisas começam a ir mal.”

Source:
Journal reference:

Simunovic, M. et al. (2019) A 3D model of a human epiblast reveals BMP4-driven symmetry breaking. Nature Cell Biology. doi.org/10.1038/s41556-019-0349-7.