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Os organoides ajudam os pesquisadores a compreender os processos biológicos na saúde e nas doenças. É, no entanto, difícil influenciar a forma como se organizam em tecidos complexos. Agora, um grupo liderado por Nikolaus Rajewsky encontrou uma nova forma de o fazer. Eles relatam seu trabalho em Métodos da Natureza.
Parecem nuvens de tempestade que caberiam na cabeça de um alfinete: organoides são culturas celulares tridimensionais que desempenham um papel fundamental na pesquisa médica e clínica. Isto se deve à sua capacidade de replicar estruturas de tecidos e funções de órgãos na placa de Petri. Os cientistas podem usar organoides para entender como ocorrem as doenças, como os órgãos se desenvolvem e como os medicamentos funcionam. As tecnologias unicelulares permitem que os pesquisadores se aprofundem no nível molecular das células. Com a transcriptômica espacial, eles podem observar quais genes nos organoides estão ativos e onde ao longo do tempo.
Os órgãos em miniatura são geralmente derivados de células-tronco. Estas são células que não se diferenciaram de todo, ou apenas se diferenciaram minimamente. Eles podem se tornar qualquer tipo de célula, como células cardíacas ou renais, células musculares ou neurônios. Para diferenciar as células-tronco, os cientistas as “alimentam” com fatores de crescimento e as incorporam em uma solução nutritiva. Lá, as células se agrupam em pequenos aglomerados e começam a funcionar e interagir como se estivessem em um tecido real. Anteriormente, era quase impossível controlar esse processo. Mas agora pesquisadores liderados pelo Professor Nikolaus Rajewsky, Diretor do Instituto de Biologia de Sistemas Médicos de Berlim do Centro Max Delbrück (MDC-BIMSB), publicaram um artigo em Métodos da Natureza descrevendo a tecnologia que usaram para iniciar e controlar o processo e observá-lo ao longo do tempo e do espaço. “Combinamos a transcriptômica espacial com a optogenética”, diz o autor principal, Dr. Ivano Legnini. “Isso nos permite controlar a expressão genética em células vivas e observar seu comportamento”.
Usando sensores de luz para ativar ou bloquear genes
Na optogenética, “sensores de luz” naturais ou artificiais são inseridos nas células. Se a luz atingir os sensores, eles ativam ou bloqueiam genes nas células, dependendo de como estão programados. Legnini instalou esses sensores de luz em células precursoras neuronais derivadas de células-tronco que se uniriam para formar organoides neurais. Ele trabalhou nisso com a equipe da Plataforma de Tecnologia Organóide liderada pela Dra. Agnieszka Rybak-Wolf, e com o Laboratório de Biologia de Sistemas de Diferenciação de Tecido Neural liderado pelo Dr. Os pesquisadores queriam descobrir como o sistema nervoso se desenvolve no embrião humano. Moléculas conhecidas como morfogênios desempenham um papel fundamental no processo. Eles sinalizam aos progenitores neuronais se eles devem se tornar neurônios que funcionam na parte frontal do cérebro ou na parte posterior da medula espinhal, por exemplo. A combinação dessas moléculas produz padrões típicos de expressão gênica durante o desenvolvimento.
Os pesquisadores usaram luz para ativar um morfogênio chamado Sonic Hedgehog. Suas subsequentes análises unicelulares espacialmente resolvidas mostraram que as células responderam organizando-se em organoides com padrões estereotipados. Os pesquisadores criaram a luz de duas maneiras: usando um microscópio a laser ou um dispositivo de microespelho digital, que o grupo de Rajewsky desenvolveu em colaboração com o Dr. Andrew Woehler. Na época, o Dr. Woehler liderava a Plataforma de Imagens de Biologia de Sistemas no Max Delbrück Center. Desde novembro de 2022, ele lidera a instalação de Tecnologia Experimental Janelia no Howard Hughes Medical Institute em Ashburn, Virgínia, EUA. O microscópio microespelho é equipado com um chip que contém centenas de milhares de pequenos espelhos. Eles podem ser programados para que o microscópio possa – ao contrário de um laser, que atinge apenas um único ponto – produzir padrões de luz complexos em uma amostra.
Preciso – com espaço para melhorias
“Nosso método permite reproduzir com muita precisão, na placa de Petri, processos que estão ligados à expressão gênica no tecido”, diz Legnini. Em março deste ano, ele começou a criar seu próprio grupo de trabalho no Human Technopole em Milão, Itália. Seus planos para o grupo incluem melhorar a resolução espacial e temporal da tecnologia e torná-la utilizável para outros organoides.
Rajewsky também quer refinar o método: “Estou realmente ansioso para trabalhar com especialistas em optogenética para melhorar ainda mais a tecnologia e aplicá-la a modelos organoides humanos clinicamente relevantes”.
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