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Os órgãos do corpo humano têm redes complexas de tubos e alças cheios de líquido. Eles vêm em diferentes formas e suas estruturas tridimensionais são conectadas de maneira diferente, dependendo do órgão. Durante o desenvolvimento de um embrião, os órgãos desenvolvem sua forma e arquitetura de tecido a partir de um simples grupo de células. Devido à falta de conceitos e ferramentas, é um desafio entender como a forma e a complexa rede de tecidos surgem durante o desenvolvimento do órgão. As métricas para o desenvolvimento de órgãos foram agora definidas pela primeira vez por cientistas do Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) e do MPI for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS), ambos em Dresden, como bem como o Instituto de Pesquisa de Patologia Molecular (IMP) em Viena. Em seu estudo, a equipe internacional de pesquisadores fornece as ferramentas necessárias para transformar o campo dos organoides – órgãos em miniatura – em uma disciplina de engenharia para desenvolver sistemas modelo para o desenvolvimento humano.
A interação coletiva das células leva à formação de um organismo durante o desenvolvimento. Os diferentes órgãos apresentam várias geometrias e estruturas tridimensionais conectadas de maneira diferente que determinam a função de tubos e alças cheios de fluido nos órgãos. Um exemplo é a arquitetura de rede ramificada do rim, que suporta a filtração eficiente do sangue. Observar o desenvolvimento embrionário em um sistema vivo é difícil, e é por isso que existem tão poucos conceitos que descrevem como as redes de tubos e loops cheios de fluido se desenvolvem. Embora estudos anteriores tenham mostrado como a mecânica celular induz mudanças de forma local durante o desenvolvimento de um organismo, não está claro como surge a conectividade dos tecidos. Ao combinar imagem e teoria, o pesquisador Keisuke Ishihara começou a trabalhar essa questão primeiro no grupo de Jan Brugues no MPI-CBG e MPI-PKS. Mais tarde, ele continuou seu trabalho no grupo de Elly Tanaka no IMP. Juntamente com seu colega Arghyadip Mukherjee, ex-pesquisador do grupo de Frank Jülicher no MPI-PKS, e Jan Brugués, Keisuke usou organoides derivados de células-tronco embrionárias de camundongos que formam uma complexa rede de epitélios, que revestem órgãos e funcionam como uma barreira . “Ainda me lembro do momento emocionante quando descobri que alguns organoides haviam se transformado em tecidos com vários botões que pareciam um cacho de uvas. Porém, descrever a mudança na arquitetura tridimensional durante o desenvolvimento foi um desafio”, lembra Keisuke e acrescenta: “Descobri que este sistema organoide gera estruturas internas surpreendentes com muitos loops ou passagens, lembrando uma bola de brinquedo com buracos”.
Estudar o desenvolvimento de tecidos em organoides tem várias vantagens: eles podem ser observados com métodos avançados de microscopia, permitindo ver mudanças dinâmicas no interior do tecido. Eles podem ser gerados em grande número e o ambiente pode ser controlado para influenciar o desenvolvimento. Os pesquisadores puderam estudar a forma, o número e a conectividade do epitélio. Eles rastrearam as mudanças na estrutura interna dos organoides ao longo do tempo. Keisuke continua: “Descobrimos que a conectividade do tecido emerge de dois processos diferentes: ou dois epitélios separados se fundem ou um único epitélio se autofunde fundindo suas duas extremidades e, assim, criando um loop em forma de rosquinha”. Os pesquisadores sugerem, com base na teoria das superfícies epiteliais, que a inflexibilidade do epitélio é um parâmetro chave que controla a fusão epitelial e, por sua vez, o desenvolvimento da conectividade do tecido.
Os supervisores do estudo, Jan Brugues, Frank Jülicher e Elly Tanaka, concluem: “Esperamos que nossas descobertas levem a uma nova visão de arquiteturas complexas de tecidos e a interação entre forma e conectividade de rede no desenvolvimento de órgãos. Nossa estrutura experimental e de análise ajudará a comunidade de organoides a caracterizar e criar tecidos auto-organizados que imitam órgãos humanos. Ao revelar como os fatores celulares influenciam o desenvolvimento de órgãos, esses resultados também podem ser úteis para biólogos de desenvolvimento celular interessados em princípios organizacionais.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto Max Planck de Biologia Celular Molecular e Genética (MPI-CBG). Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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