História das Células-Tronco

By Hidaya Aliouche, B.Sc.Reviewed by Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.D.

A descoberta de células-tronco começou na década de 1950 a partir de uma fonte incomum – teratocarcinomas e tumores contendo uma variedade (ou mistura heterogênea) de tipos de tecido. Estes incluem estruturas totalmente especializadas e diferenciadas, como dentes e cabelos.

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A observação do crescimento maligno e da capacidade de transplante sugeriu a presença de uma célula proliferativa (altamente divisória) e indiferenciada (não-especializada e capaz de produzir uma gama de tipos celulares). Esta célula foi chamada de carcinoma embrionário (CE).

Um experimento pioneiro demonstrou que a injeção de células de CE no cérebro de camundongos adultos resultou em teratocarcinomas; isto forneceu evidências concretas de que células de CE podem produzir todos os constituintes celulares do teratocarcinoma. Evidências corroborantes para sua capacidade de propagar tumores e auto-renovação foram indicadas por sua capacidade de serem transplantadas.

Células germinativas e células cancerígenas embrionárias

As origens das células de CE são primariamente testiculares em humanos e camundongos. Leroy Stevens descobriu que os teratocarcinomas em 129 cepas de ratos consanguíneos surgiram de células germinativas, as do espermatozóide e do óvulo. Paradoxalmente, células germinativas não dão origem a tumores, nem se diferenciam em outros tipos de células.

células EC exibiram morfologia (forma) semelhante às células presentes no embrião inicial, o que corroborou a origem de suas células germinativas. Estas células fundadoras embrionárias possuem a capacidade de produzir as células de todas as linhagens do corpo, chamadas células somáticas. Esta propriedade é descrita como pluripotência, e tais células poderiam ser mantidas quando uma amostra do teratocarcinoma fosse transplantada em série.

Potência de descoberta

Células de CE são como células do embrião inicial que ocorrem antes da gastrulação. Células CE podem ser expandidas em linha celular, o que foi realmente conseguido em 1970 com culturas de teratocarcinomas testiculares e embrionários.

A explicação bem sucedida exigiu o uso de fibroblastos, que tinham sido inativados para prevenir a divisão mitótica. Estas células secretam fatores que suportam a manutenção, proliferação e viabilidade das células de CE.

Outras vezes, as linhas de CE mostraram variabilidade em sua capacidade de diferenciação, uma observação que levou à hipótese de que nem todas as células eram pluripotentes; mais especificamente, havia uma diferença no potencial da célula para dar diferentes tipos de células especializadas (diferenciadas).

Esta qualidade é denominada potência, da qual existem quatro tipos, na ordem hierárquica:

1. Totipotência – o potencial para dar origem a todos os tipos de células no embrião e no adulto (e.g. o óvulo fertilizado), portanto uma célula totipotente pode dar origem ao organismo inteiro
2. Pluripotência – o potencial de dar origem a células de todas as linhagens do corpo, mas não um organismo inteiro
3. Multipotência – o potencial de uma célula dar origem a um número limitado de tipos celulares no corpo
4. Unipotência – a capacidade de uma célula dar origem a apenas um único tipo celular

Destas células auto-renováveis e indiferenciadas podem surgir células terminalmente diferenciadas. Os cientistas Martin Evans e Gail Martin, em vez disso, focaram em formas de reter a pluripotência, que atualmente sabemos ser o tipo de célula mais potente. Eles descobriram que subclones de células pluripotentes de CE quando cultivadas em uma camada de alimento, e na ausência desta camada, produziram uma população mista de células fibroblásticas (células diferenciadas) intercaladas com ninhos de células indiferenciadas.

Esta descoberta sugeriu que as células de CE poderiam produzir suas próprias células fibroblásticas de alimento através da diferenciação e inferiu que estas devem ser necessárias para manter a natureza pluripotente destas células. Ao mesmo tempo, Martin e Evans notaram que o soro no qual as células de CE estavam suspensas diferia em sua capacidade de suportar a expansão das células de CE e capacidade de diferenciação. Isto levou à pluripotência, e subsequentemente a uma metodologia de cultura confiável para produzir e propagar células de CE com pluripotência retida.

Células-tronco como initadores do crescimento e desenvolvimento embrionário

Outra sondagem de células de CE por Martin e Evans revelou que quando as células de CE eram agregadas, as colônias que surgiram formavam estruturas chamadas corpos embrionários com identidade embrionária específica devido às suas características de diferenciação.

A similitude entre os dois levou a uma maior exploração; para testar se as células de CE poderiam contribuir para um embrião, as células de CE foram injetadas em blastocistos (estruturas pré-embrionárias formadas 5-6 dias após a fertilização) e os resultados foram analisados.

Na maioria dos casos, as células de CE falharam em incorporar no embrião, alguns produziram tumores ou anormalidades de desenvolvimento. No entanto, algumas linhas de células pluripotentes de CE colonizaram o embrião hospedeiro, e subsequentemente, nasceram quimeras.

Quimeras são organismos que contêm dois conjuntos diferentes de DNA; neste caso, os ratos foram produzidos a partir do DNA codificado nas células sexuais e do DNA das células de CE. Isto demonstrou que um subconjunto de células de CE poderia cumprir a função de células embrionárias normais e trabalhar no contexto do ambiente embrionário hospedeiro.

Passar uma quimera saudável

No entanto, a proporção de camundongos quiméricos era pobre. Este achado, juntamente com suas vastas diferenças de potência entre linhas, o desenvolvimento de tumores quiméricos e mudanças em sua estabilidade genética, levou à exploração de outra fonte de células pluripotentes.

Uma explicação provável para estas ocorrências foi a probabilidade invariável de que as células da CE carreguem anomalias cromossômicas. Todos os resultados sugeriram que sua similaridade com embriões era questionável; mais especificamente, sua capacidade de agir de forma embrionária, pluripotente, estava condicionada à sua ocorrência em tumores e suas anomalias genéticas inerentes.

Em vez disso, o embrião em si forneceu uma fonte menos problemática de células-tronco pluripotentes. Evans e Martins usaram as mesmas condições para a colheita otimizada de células de CE em camadas de alimentação, a fim de colher com sucesso linhas de células indiferenciadas de blastocistos de camundongos.

As células resultantes tinham uma semelhança funcional com células de CE e podiam produzir teratocarcinomas quando eram transplantadas em camundongos adultos. Isto sugeriu que eles poderiam ter se transformado em células de CE.

Para eliminar esta possibilidade, em 1984 Evans estabeleceu que estas células poderiam contribuir para quimeras saudáveis, nas quais o DNA tinha sido transmitido com sucesso através da linha germinal (o óvulo e o esperma). As células pluripotentes, obtidas a partir de um embrião, foram expandidas através de múltiplas divisões sem se transformarem, mantendo sua própria composição genética. Estas células são atualmente conhecidas como células-tronco embrionárias (ESCs).

Uma década depois, células germinativas primordiais (PGCs) foram encontradas para dar origem a células-tronco proliferativas por Matsui. Estas foram denominadas células germinativas embrionárias (GE), e são praticamente indistinguíveis das suas células ES, para além da sua origem. Isto explicou a origem das células germinativas ou teratocarcinomas – as células germinativas foram induzidas a se converterem em células-tronco pluripotentes in vivo.

Perspectivas futuras: terapia com células-tronco

A capacidade do componente genético das células ES de serem transmitidas e retidas através da linha germinativa oferece a oportunidade de introduzir modificações genéticas em camundongos. Elas também são passíveis de uma série de abordagens de manipulação genética e podem ser expandidas; por exemplo, características que permitem a separação de células que sofreram um evento raro, como a recombinação homóloga, na qual as células sofrem alguma mudança genética na forma de troca entre duas moléculas de DNA similares.

Em 1989, células ES com um nocaute genético engendrado foram geradas com sucesso. Este alvo genético das células ES tem sido expandido desde então. E enquanto a pesquisa nos anos 80 e início dos anos 90 se concentrou no alvo genético, muito do entendimento do porquê e da pluripotência foi mantido nas células ES avançou no final dos anos 90.

Correntemente, os mecanismos moleculares que sustentam o estado das células ES foram descobertos. O primeiro isolamento relatado das linhas de células estaminais embrionárias humanas (HESCs) desviou o foco dos modelos murinos e permitiu a exploração das suas implicações terapêuticas. Neste momento os hESC são indispensáveis, e os resultados dos ensaios clínicos baseados em hESC irão estabelecer um padrão de ouro para a futura terapia baseada em células estaminais.

Em 2006, foi feito um avanço ao identificar condições que permitissem a reprogramação celular de células somáticas adultas para que elas pudessem assumir um estado semelhante ao de células-tronco. Isto é agora conhecido como células estaminais pluripotentes induzidas (iPSCs). O seu uso terapêutico é potencialmente maior do que o dos hESCs, pois como estas células podem ser retiradas do próprio paciente e depois reprogramadas, os clínicos podem evitar o problema de rejeição que é causado pela histocompatibilidade.

Este último refere-se ao processo do doador possuir diferentes antigénios que sinalizam ao sistema imunitário do hospedeiro receptor que a célula é estranha e, portanto, levam a uma resposta imunitária para destruir a célula estranha. This is basically seen as organ rejection.

This additionally avoids the need for immunosuppressive treatment throughout the patient’s life to prevent this, and eliminates the ethical implications of hESCs, as iPSCs do not require an embryonic source for production. More research on the topic will definitely bring further progress in stem cell usage.

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

Citations