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O professor da ETH Zurich, Ori Bar-Nur, e sua equipe cultivam células musculares em laboratório. Neste caso, são células de camundongos, mas os pesquisadores também estão interessados em células humanas e bovinas. Aplicações promissoras ressoam com ambos: tecido muscular humano cultivado em laboratório pode ser usado em cirurgia, enquanto células-tronco musculares humanas podem ajudar pessoas com doenças musculares; enquanto isso, o tecido muscular de vaca cultivado em laboratório pode revolucionar a indústria da carne, permitindo a produção de carne sem a necessidade de abater animais.
Por enquanto, porém, a pesquisa da equipe do ETH está focada em otimizar a geração de células-tronco musculares e torná-la mais segura. Eles agora conseguiram fazê-lo por meio de uma nova abordagem.
Células reprogramadas
Como outros pesquisadores da área, os cientistas da ETH Zurich usam um tipo de célula diferente e mais fácil de cultivar como matéria-prima para gerar células musculares: células do tecido conjuntivo. Usando um coquetel de pequenas moléculas e proteínas, eles “reprogramam” molecularmente essas células, convertendo-as em células-tronco musculares, que se multiplicam rapidamente e produzem fibras musculares. “Essa abordagem nos permitiu produzir grandes quantidades de células musculares”, explica Xhem Qabrati, aluno de doutorado do grupo Bar-Nur e um dos dois principais coautores deste estudo. “Embora as células musculares também possam ser cultivadas diretamente de biópsias musculares, as células tendem a perder sua funcionalidade após o isolamento, tornando difícil produzir grandes quantidades de células”.
Um componente importante do coquetel usado – e um catalisador central para a transformação celular – é a proteína MyoD. Este é um fator de transcrição que regula a atividade de certos genes musculares no núcleo da célula. MyoD não está normalmente presente nas células do tecido conjuntivo. Antes que essas células possam se transformar em células musculares, os cientistas precisam convencê-las a produzir MyoD em seu núcleo por vários dias.
Sem engenharia genética
Até agora, os pesquisadores recorreram à engenharia genética para esse processo: eles usaram partículas virais para transportar o projeto de DNA da proteína MyoD para o núcleo da célula. Lá, os vírus inserem essas instruções de construção no genoma, permitindo que as células produzam a proteína MyoD. No entanto, essa abordagem traz um risco de segurança: os cientistas não podem controlar exatamente onde os vírus do genoma inserem essas instruções. Às vezes, os vírus se integram no meio de um gene vital, danificando-o, ou esse processo de inserção pode levar a alterações que podem desencadear a formação de células cancerígenas.
Desta vez, Bar-Nur e seus colegas usaram uma abordagem diferente para entregar MyoD às células do tecido conjuntivo, inspirados nas vacinas de mRNA para COVID-19: em vez de usar vírus para introduzir o projeto de DNA do gene MyoD, eles introduzem o transcrito de mRNA deste gene nas células. Como isso deixa o genoma das células inalterado, evita as consequências negativas associadas a essas mudanças. O mRNA ainda permite que as células do tecido conjuntivo produzam a proteína MyoD, de forma que, junto com os demais componentes do coquetel otimizado pelos pesquisadores do ETH, possam se transformar em células-tronco e fibras musculares.
Os pesquisadores publicaram recentemente sua nova abordagem na revista NPJ Medicina Regenerativa. Eles são os primeiros a reprogramar células do tecido conjuntivo em células-tronco musculares sem engenharia genética.
Ajuda na distrofia muscular
As células musculares produzidas dessa forma também são totalmente funcionais, como os pesquisadores demonstraram em experimentos com camundongos que sofrem de distrofia muscular de Duchenne. Em humanos, esta rara doença hereditária deixa os pacientes com falta de uma proteína necessária para a estabilidade muscular, o que significa que eles experimentam perda muscular progressiva e paralisia.
Os cientistas da ETH Zurich injetaram células-tronco musculares não defeituosas nos músculos de camundongos com distrofia muscular de Duchenne portadores desse defeito. Eles foram capazes de mostrar que as células-tronco saudáveis formam fibras musculares reparadas nos músculos. “O transplante de células-tronco musculares desse tipo pode ser especialmente útil para pacientes com Duchenne avançada, que já estão gravemente afetados pela atrofia muscular”, explica Inseon Kim, outro aluno de doutorado do grupo Bar-Nur e coautor principal deste estudo. . O método é adequado para produzir grandes quantidades de células-tronco musculares necessárias para esse fim. Além disso, o fato de fazê-lo sem engenharia genética e os riscos associados o torna atraente para um potencial uso terapêutico futuro em humanos.
Produção alternativa de carne
No entanto, os pesquisadores ainda precisam adaptar sua abordagem às células humanas; este é o próximo passo deles. “Além disso, queremos investigar se também é possível converter células do tecido conjuntivo em células musculares diretamente no corpo, injetando o MyoD mRNA e os outros componentes do coquetel em camundongos afetados por doenças musculares”, diz Bar-Nur. Essa abordagem também pode um dia ajudar pacientes humanos.
Finalmente, Bar-Nur e sua equipe gostariam de incorporar suas novas descobertas em seu trabalho em andamento com células de vaca – outro fluxo de pesquisa do laboratório. Eles esperam que este método ajude os esforços atuais para cultivar células-tronco musculares de animais para produção de carne cultivada, um método alternativo para produzir carne para consumo.
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