Engenheiros biomédicos da Universidade de Duke desenvolveram o primeiro músculo esquelético humano a partir de células-tronco pluripotentes induzidas em humanos (iPSCs – human induced pluripotent stem cells). Eles consideram que essa nova técnica seja promissora para terapias celulares, descoberta de medicamentos e estudos de doenças raras.
As iPSCs são importantes na medicina regenerativa porque conseguem gerar qualquer tipo de célula no corpo e podem se propagar indefinidamente; a versão induzida pode ser gerada a partir de células adultas em vez de embriões.
“Quando uma criança sofre algo como a distrofia muscular de Duchenne, não seria ético retirar amostras de músculo, pois causaria um dano maior”, explicou Nenad Bursac, professor de engenharia biomédica da Universidade de Duke e principal autor do estudo publicado nessa terça-feira, dia 9 de janeiro, na Nature Communications.
Seção transversal de uma fibra muscular cultivada a partir de células-tronco pluripotentes induzidas, mostrando células musculares (verde), núcleos celulares (azul) e a matriz de suporte circundante para as células (crédito: Universidade de Duke)
No estudo, os pesquisadores disseram que começaram utilizando as iPSCs, que são células retiradas de tecidos não musculares adultos, como pele ou sangue, e reprogramadas para reverterem para um estado primordial. Em seguida, eles cultivaram as células estaminais pluripotentes, que foram irrigadas com uma molécula chamada Pax7 – a qual sinaliza que as células começaram a se tornar músculos.
Após duas a quatro semanas de cultura 3D, as células musculares resultantes formaram fibras musculares que se contraíram e reagiram a estímulos externos, como pulsos elétricos e sinais bioquímicos – imitando as entradas neuronais, assim como o tecido muscular nativo. Os pesquisadores também implantaram fibras musculares recém-cultivadas em camundongos adultos. Os músculos sobreviveram e funcionaram durante pelo menos três semanas, enquanto se integravam progressivamente ao tecido nativo através da vascularização.
Seção transversal com novas fibras musculares, mostrando células musculares (vermelho), receptores para entrada neuronal (verde) e núcleos celulares (azul) (crédito: Universidade de Duke)
Uma vez que as células estavam no rumo certo para se tornarem musculares, os pesquisadores deixaram de aplicar a molécula de sinalização Pax7 e começaram a dar à elas o suporte e a nutrição necessária para que amadurecessem completamente. (Neste ponto da pesquisa, o músculo resultante não era tão forte como o tecido muscular nativo, e também ficava aquém do músculo que foi cultivado em um estudo anterior *).
No entanto, as fibras musculares derivadas das células-tronco pluripotentes desenvolvem reservatórios de “células satélites” necessárias para que os músculos adultos normais reparem o dano, enquanto o músculo do estudo realizado anteriormente tinha muito menos dessas células. O novo método das células-troco também foi capaz de aumentar muitas outras células a partir de um lote menor do que o método anterior.
“Com esta técnica, basta pegar uma pequena amostra de tecido não muscular, como pele ou sangue, reverter as células para um estado pluripotente e, eventualmente, produzir uma quantidade interminável de fibras musculares funcionais para serem testadas”, afirmou Bursac. Ele acrescenta também que será possível corrigir falhas genéticas nas células-tronco pluripotentes induzidas derivadas de um paciente, fazendo crescer pequenas partes de músculos completamente saudáveis: “Isso não conseguiria curar ou substituir inteiramente o corpo, mas esse método poderia ser usado em conjunto com terapias genéticas direcionadas ou para curar problemas mais localizados”.
Os pesquisadores estão agora refinando a técnica para desenvolver músculos mais robustos e começar a trabalhar para desenvolver novos modelos para doenças musculares raras.
Músculos para futuros robôs exoesqueletos
Enquanto isso, pesquisadores na Universidade de Cornell estão explorando maneiras de criar músculos para futuros robôs exoesqueletos em microescala – mudando rapidamente sua forma ao detectar mudanças químicas ou térmicas no ambiente. Os novos projetos são compatíveis com a fabricação de semicondutores, sendo úteis para o futuro da robótica em microescala.
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* O avanço desse novo estudo se baseia no trabalho publicado em 2015, quando os engenheiros da Duke desenvolveram o primeiro tecido muscular humano funcional a partir de células obtidas em biópsias musculares, chamadas “mioblastos”, que já haviam avançado além do estágio das células estaminais, mas ainda não tinham se tornado fibras musculares maduras. Os engenheiros criaram esses mioblastos e depois colocaram-nos em um andaime de suporte 3D preenchido com um gel nutritivo que lhes permitiu formar fibras musculares humanas alinhadas e em funcionamento.
Fonte: Nature Communications
