Qual é a estrutura das células-tronco?

Enquanto você lê isto, pesquisadores ao redor do mundo estão em suas bancadas de laboratório, descobrindo como, algum dia, desenvolver novos tecidos e órgãos a partir de células individuais. Se você acha que isso soa como algo saído de um filme de ficção científica, você não está sozinho. No entanto, essa pesquisa pode produzir um avanço científico que muda a maneira como os profissionais médicos tratam uma ampla gama de doenças humanas no mundo real.

Os objetivos finais desta pesquisa podem ser amplos, mas o objeto de pesquisa é tão infinitesimalmente pequeno que você não pode nem mesmo vê-lo a olho nu. O assunto é células-tronco. Graças às suas características únicas, essas células incríveis têm o potencial de mudar o futuro da ciência e da medicina.
Leia mais sobre as vantagens e desvantagens da pesquisa com células-tronco.

Você sabe que a reprodução sexual requer que um espermatozóide e um óvulo se unam e formem um zigoto via fertilização. Esta única célula eucariótica contém um complemento total de informações genéticas e tem o potencial de se dividir em um organismo multicelular complexo como você.

Mas você já se perguntou como essa única célula poderia se dividir em trilhões e trilhões de células em um corpo humano? E como uma única célula pode dar origem a tantos tipos diferentes de células - tanto as células da pele quanto as do cérebro, por exemplo?

À medida que o zigoto começa a se dividir (antes de se implantar no útero), as células resultantes são, na verdade, células-tronco. Os cientistas dizem que essas células flexíveis são ambas proliferativo e pluripotente. Isso significa que as células se dividem prontamente para produzir muitas, muitas mais células - e podem se desenvolver em qualquer tipo de célula especializada por meio de células-tronco diferenciação.
Leia mais sobre a explicação da especialização celular.

À primeira vista, as partes de uma célula-tronco não parecem tão especiais na superfície. Como todas as células do corpo humano, todas as células-tronco compartilham algumas estruturas comuns. Esses incluem:

• UMA membrana celular, que é uma bicamada lipídica que envolve a célula que permite que alguns materiais entrem na célula e mantém outros fora.
  
• Citoplasma, que é o caldo líquido dentro da célula.
  
• UMA núcleo, que contém todas as informações genéticas da célula armazenadas como DNA.

Entre a fertilização nas trompas de Falópio e a implantação no útero, o embrião mudará de uma simples folha de células-tronco para um grupo organizado de células - chamado de gástrula - com três camadas de germes. Isso acabará por dar origem a todos os muitos tipos de células, tecidos e órgãos que constituem um feto humano completo (embora ainda muito pequeno).

A camada mais externa, chamada de ectoderma, dá origem às células da pele e aos tecidos do sistema nervoso. A camada do meio, ou mesoderma, produz células sanguíneas, tecido conjuntivo, células musculares e o tecido placentário que mantém o feto vivo no utero. A camada interna, chamada de endoderma, cria o revestimento do intestino, pulmões e trato urogenital.

Graças à pluripotência, as células-tronco podem se diferenciar e se tornar qualquer um desses tipos de células após a implantação. Essas células-tronco associadas ao desenvolvimento normal dos embriões são um dos três tipos de células-tronco usadas pelos cientistas. Pesquisadores ligam para eles células-tronco embrionárias humanas, ou hESCs.

As células-tronco embrionárias usadas pelos cientistas nunca se originam da fertilização tradicional dentro das trompas de falópio de um ser humano real. Em vez disso, os cientistas os criam em tubos de ensaio usando em vitro fertilização (FIV). Essas células-tronco embrionárias geralmente acabam em laboratórios de pesquisa depois que as pessoas que usam a fertilização in vitro para criar famílias terminam o processo e doam os embriões congelados extras para a ciência (em vez de destruí-los).

Para os pesquisadores, há certos benefícios no uso de células-tronco embrionárias em comparação com outros tipos de células-tronco. As células-tronco embrionárias são bastante fáceis de encontrar e simples de cultivar em cultura. Mais importante ainda, as células-tronco embrionárias são realmente lousas em branco que podem dar origem a praticamente qualquer tipo de célula após a diferenciação das células-tronco.

Assim como as células fazem após a implantação em um útero vivo, as células-tronco embrionárias no laboratório naturalmente se agrupam em corpos embrióides e começam a se diferenciar em células especializadas. Os cientistas que cultivam células-tronco embrionárias em cultura devem manter condições específicas no meio de cultivo para evitar que isso aconteça.

Ao permitir que as células-tronco se proliferem sem se diferenciar, os cientistas criam linhagens de células-tronco embrionárias. Os cientistas podem então congelar essas linhas de células e enviá-las a outros laboratórios para projetos de pesquisa ou cultivo adicional. Para se qualificar como uma linha celular, as células-tronco embrionárias devem:

• Crescer indiferenciado em cultura de células por pelo menos seis meses.
• Seja pluripotente ou capaz de se diferenciar em qualquer tipo de célula.
• Não tem anormalidades genéticas.

Quando os pesquisadores estão prontos para que as células em uma linhagem de células-tronco embrionárias se tornem tipos específicos de células, como para um determinado projeto de pesquisa, eles simplesmente alteram o meio de cultura ou injetam genes específicos na célula-tronco para ativá-la diferenciação.

Acontece que muitos tecidos maduros no corpo humano totalmente desenvolvido prendem-se a algumas células indiferenciadas em um dia chuvoso. Esses células-tronco adultas - as vezes chamado somático células-tronco - são ativadas quando o corpo precisa de novas células. Isso acontece para compensar a renovação e o crescimento normais das células e também para reparar o tecido após uma lesão ou doença.

Os cientistas encontraram células-tronco adultas em uma ampla variedade de órgãos e tecidos, como:

• Veias de sangue.
• Medula óssea.
• Cérebro.
• Intestino.
• Coração.
• Fígado.
• Ovários.
• Sangue periférico.
• Músculo esquelético.
• Dentes.
• Testes.

As células-tronco adultas são geralmente encontradas em áreas específicas, chamadas nichos de células-tronco. Ao contrário das células-tronco embrionárias, que podem se diferenciar em qualquer tipo de célula, a diferenciação das células-tronco adultas é limitada e específica do tecido. Isso significa que as células-tronco adultas normalmente se diferenciam apenas nos tipos de células associados ao tecido em que residem.

Por exemplo, as células-tronco adultas no cérebro só se tornarão células nervosas ou células cerebrais não neuronais. Aqui estão algumas outras células-tronco adultas conhecidas e seus tipos de células especializadas:

• Células-tronco hematopoéticas são encontrados na medula óssea e dão origem a células sanguíneas, incluindo células vermelhas do sangue e células do sistema imunológico.
• Células-tronco mesenquimais são encontrados na medula óssea (e alguns outros tecidos) e dão origem a células ósseas, células de cartilagem, células de gordura e células do estroma.
• Células-tronco epiteliais são encontrados profundamente no revestimento do intestino e dão origem a absorvente células, cálice células, enteroendócrino células e Paneth células.
• Células-tronco da pele são encontrados na camada basal da pele e dão origem a queratinócitos que formam uma camada protetora na superfície da pele.

Os cientistas observaram em experimentos que algumas células-tronco adultas se diferenciaram em células especializadas diferente do tipo de célula esperado, que é semelhante à valiosa pluripotência das células-tronco embrionárias. No entanto, este transdiferenciação é raro e afeta apenas um pequeno segmento de células-tronco quando ocorre. Os pesquisadores não têm certeza se isso acontece em humanos.

As células-tronco adultas têm algumas desvantagens para os cientistas. Eles são raros e difíceis de cultivar em laboratório. Eles também têm limites sobre o quanto podem se dividir e em quais tipos de células podem se tornar. No entanto, as células-tronco adultas têm uma vantagem distinta: são provavelmente menos prováveis ​​de desencadear rejeição imunológica uma vez que eles podem ser colhidos do próprio corpo de um paciente.

Em 2006, os pesquisadores descobriram mais um tipo de célula-tronco: células-tronco pluripotentes induzidasou iPSCs. Estas são células-tronco adultas que os cientistas reprogramam para agir mais como células-tronco embrionárias. No entanto, ainda não está claro se existem diferenças clínicas significativas entre as células-tronco pluripotentes induzidas e as células-tronco embrionárias. Os cientistas já usam iPSCs para trabalhos importantes, como desenvolvimento de medicamentos e modelagem de doenças humanas para fins de pesquisa.

Há obstáculos técnicos a serem superados antes que os pesquisadores possam usar essas células-tronco pluripotentes induzidas para aplicações mais diretas. Além de confirmar que essas células-tronco não são fundamentalmente diferentes das células-tronco embrionárias células, os pesquisadores devem desenvolver novas técnicas para fazer células-tronco pluripotentes induzidas no primeiro Lugar, colocar. O método atual usa vírus como veículo de reprogramação, que mostrou efeitos colaterais graves, como o câncer, em estudos com animais.

Além de rastrear novos medicamentos para a indústria farmacêutica e servir como modelos de doenças para projetos de pesquisa, os cientistas acreditam que as células-tronco podem produzir novos (e excitantes) tratamentos baseados em células possível. Isso significa que algum dia os laboratórios poderão cultivar novos órgãos e tecidos para pessoas que precisam de transplantes, em vez de depender de doadores de órgãos e tecidos.

Pode parecer que cientistas estão usando células-tronco para fazer células do músculo cardíaco que podem ser transplantadas em pessoas com doenças cardíacas crônicas. Estudos atuais com animais sugerem que as células-tronco do estroma da medula óssea são promissoras para esta aplicação, embora o mecanismo preciso ainda não esteja claro. Os cientistas não têm certeza se as células-tronco dão origem a novas células do músculo cardíaco ou células dos vasos sanguíneos - ou se fazem algo completamente diferente.

Outro exemplo teórico é o diabetes tipo 1. Os cientistas esperam diferenciar as células-tronco embrionárias humanas em células que produzem insulina. O sistema imunológico das pessoas com diabetes interrompe essas células e as proíbe de fazer seu trabalho. Os cientistas se perguntam se algum dia conseguiriam diferenciar as células-tronco em células produtoras de insulina e transplantá-las para os pacientes.

Além de doenças cardíacas e diabetes, outras doenças humanas e condições que os cientistas acreditam que este avanço médico pode afetar são amplas e incluem:

• Queimaduras.
• Degeneração macular, que pode causar perda de visão.
• Osteoartrite e artrite reumatóide.
• Lesão da medula espinhal, que pode causar dormência, perda de função ou paralisia.
• Golpe.

É claro que levar essas novas terapias a pacientes reais exigirá que os cientistas dominem cada etapa desse processo teórico. Isso significa que eles precisam:

• Cultive células-tronco suficientes para construir fisicamente o tecido ou órgão.
• Estimule as células-tronco para se diferenciarem no tipo de célula correto.
• Certifique-se de que as células-tronco diferenciadas possam sobreviver dentro do corpo do paciente.
• Certifique-se de que as células-tronco diferenciadas se integrem adequadamente aos tecidos receptores dentro do corpo do paciente.
• Espere razoavelmente que o novo tecido ou órgão faça o trabalho para o qual foi construído durante todo o curso da vida do paciente.
• Certifique-se de que as novas células não causem nenhum dano colateral ao paciente, como câncer.

Pela definição de células-tronco, essas etapas parecem alcançáveis ​​usando células-tronco embrionárias, mas exigirão muitos anos de pesquisas sérias em várias frentes. É por isso que a pesquisa com células-tronco é um campo tão ativo nas ciências profissionais - e também porque é a prioridade de muitos professores e alunos de ciências.

Embora o resultado final da pesquisa com células-tronco ainda possa estar no futuro, aumentando o entendimento geral da estrutura das células-tronco e como a diferenciação das células-tronco funciona é uma ótima maneira de fazer parte deste emergente Ciência.