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Os cientistas imitam a revelação natural do mamífero usando células estaminais

O embrião minúsculo do rato tem um coração que bata. Seus músculos, vasos sanguíneos, intestino e sistema nervoso estão começando a tornar-se. Mas este embrião é incomum: Foi feito em um laboratório, fora das células estaminais embrionárias do rato, e representa in vitro (em um prato) o modelo o mais sofisticado de um mamífero sempre assim criado.

Este modelo novo, desenvolvido na universidade da Faculdade de Medicina de Virgínia por Christine e por Bernard Thisse, é uma etapa principal para a frente nos esforços dos cientistas para imitar a revelação natural de um mamífero usando células estaminais. Sua existência é uma maravilha que ajude cientistas a compreender a revelação mamífera, doenças da batalha, cria drogas novas e, eventualmente, cresce tecidos e órgãos para povos com necessidade das transplantações.

Nós encontramos uma maneira de instruir agregados das células estaminais iniciar a revelação embrionária. Em resposta a esta instrução controlada, os agregados tornam-se embrião-como as entidades em um processo que recapitulam as etapas embrionárias um a um. O que é surpreendente é que nós podemos obter a variedade de tecidos que estam presente em um embrião autêntico do rato.”

Christine Thisse, PhD, departamento de biologia celular, universidade de Virgínia

Bernard Thisse, o PhD, que é igualmente parte do departamento de biologia celular, notou o significado do avanço: “Os órgãos humanos são feitos dos tipos múltiplos da pilha que originam das partes diferentes do embrião crescente,” ele disseram.

“O intestino, por exemplo, é feito das pilhas que formam uma câmara de ar oca. Os modelos desta câmara de ar em um prato foram feitos e são chamados organoids do intestino. Contudo, esta câmara de ar não é bastante para fazer um intestino funcional porque este órgão contêm outros componentes, tais como os músculos lisos, os vasos sanguíneos e os nervos que controlam a função do intestino e que são feitos das pilhas do origens diferentes.

A única maneira de ter toda a variedade de pilhas necessárias à formação de órgãos funcionais é desenvolver os sistemas em que todas as pilhas do precursor estam presente. Embrião-como entidades que nós projectamos usando células estaminais estão fornecendo apenas isto.”

O potencial das células estaminais

As células estaminais são as pilhas especiais que podem transformar em outros tipos da pilha com as funções específicas. Por exemplo, as células estaminais transformam em nossos corações, nosso cérebro, nossos ossos, nossos nervos. Assim os cientistas estiveram ansiosos para aproveitar o potencial das células estaminais, pô-las para trabalhar para avançar a investigação médica e beneficiar pacientes humanos. Mas construir modelos sofisticados com tipos múltiplos da pilha provou incredibly desafiante.

É distante mais fácil dirigir a formação de uma única pilha dactilografa dentro um prato do que para conduzir a orquestra necessário para mandar um organismo tornar-se como na natureza.

O modelo novo do Thisses é notável para sua sofisticação. É o primeiro modelo in vitro de um embrião mamífero com tão muitos tecidos a ser construídos das células estaminais, os pesquisadores relatam. Mais importante ainda, aquelas estruturas são organizadas como devem ser, em torno do notochord (o precursor da coluna vertebral), um traço de definição de animais vertebrados. No modelo do Thisses, os tipos diferentes das pilhas são tecidos junto elegante e correctamente - uma realização enorme.

Para realizar este, o Thisses e seus colaboradores tiveram que superar alguns dos grandes desafios no campo da célula estaminal. Os modelos prévios não são tornados correctamente, ou não foram organizados correctamente, nem foram flagelados por outros problemas.

Usando sua experiência na biologia desenvolvente e construindo em seus trabalhos anteriores usando pilhas dos embriões dos peixes (publicados na ciência do jornal em 2014), o Thisses resolveu estes problemas. O resultado é os começos de um rato em um prato com pilhas e os tecidos correctamente organizados.

Com o modelo do Thisses, o notochord esta presente e esclareceu; os começos do tracto digestivo a tornar-se; os batimentos cardíacos; e, pela primeira vez in vitro, um sistema nervoso torna-se com a formação de uma câmara de ar neural.

“Este in vitro modelo do rato mostra que nós podemos induzir pilhas executar programas desenvolventes complexos na sucessão direita das etapas. Ter toda a variedade de tecidos feitos permite que nós esperem que a comunidade científica poderá construir órgãos com um vascularization apropriado, inervação e interacções com outros tecidos,” Christine Thisse disse.

“Isto é essencial ser um dia capaz para produzir órgãos humanos funcionais da substituição em um prato. Isto superaria a falta do órgão para transplantações.”

O modelo novo do Thisses não é um rato completo contudo e não pode tornar-se um. As partes fundamentais ainda estão faltando, como a parte anterior do cérebro. Por agora, a revelação dos embryoids para em um momento que corresponde ao período médio de gestação de um embrião do rato.

A realização real dos pesquisadores está desenvolvendo uma aproximação eficaz à criação sofisticada, embrionário-como as estruturas, imitando a revelação de um embrião do rato. Isto avança seu campo substancialmente, e dá o controle mais costurado dos cientistas sobre células estaminais do que souberam nunca.

“Os embryoids nós estamos produzindo actualmente a falta os domínios anteriores do cérebro,” Bernard Thisse disse. “Contudo, com as técnicas que nós desenvolvemos, nós deve poder, em algum momento, para manipular sinais moleculars que a formação do embrião do controle, e esta devem conduzir a geração embrião-como as entidades que contêm todos os tecidos e órgãos que incluem o cérebro anterior.”

“O conhecimento que nós adquirimos ao longo de toda nossa carreira dos biólogos desenvolventes servidos como um ponto de partida para este estudo no campo da célula estaminal,” Christine Thisse disse. “Este era um salto grande para nós, mas mostra que se você tem uma ideia contínua, pode ser usado para cruzar barreiras e pode ser tornado para outros fins. Eu digo aquele para estudantes: Nada é definitivo, há uma sala para conhecer mais e para resolver problemas.”

“Olhando um embrião torne é uma coisa maravilhosa a ver,” adicionou. “Eu sou afortunado meu trabalho conduzi-me contribuir ao conhecimento de como os embriões do invertebrado e do animal vertebrado se tornam, e isso que usa estes princípios, nós podíamos produzir a formação do embrião em um prato usando células estaminais como tijolos da construção.”

Source:
Journal reference:

Xu, P-F., et al. (2021) Construction of a mammalian embryo model from stem cells organized by a morphogen signalling centre. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-23653-4.