Como os cientistas desenvolveram músculos humanos em embriões de suínos e por que isso é importante para transplantes de órgãos

Os porquinhos saltando pelo laboratório pareciam extremamente normais. No entanto, o seu exterior adorável escondia um segredo notável: cada leitão carregava dois conjuntos diferentes de genes. Por enquanto, ambos os conjuntos vieram de suas próprias espécies. Mas um dia, um desses conjuntos poderá ser humano.

Os leitões são quimeras – criaturas com conjuntos de genes misturados, como se múltiplas entidades estivessem perfeitamente misturadas. Nomeadas em homenagem aos monstros gregos leão-cabra-serpente, as quimeras podem ser a chave para um suprimento infinito de órgãos e tecidos humanos para transplante. O ponto crucial é desenvolver essas partes humanas em outro animal – um animal suficientemente próximo em tamanho e função do nosso.

Na semana passada, um time da Universidade de Minnesota revelou duas quimeras alucinantes. Um deles eram leitões alegres, cada um impulsionado por músculos provenientes de um porco diferente. Outro foram os embriões de porcos, transplantados em porcos substitutos, que desenvolveram músculos humanos por mais de 20 dias.

O estudo, liderado pelos Drs. Mary e Daniel Garry, da Universidade de Minnesota, tinham um ponto terapêutico: projetar uma maneira brilhante de substituir a perda muscular, especialmente para os músculos ao redor de nossos esqueletos, que nos permitem mover-nos e navegar pelo mundo. Traumas e lesões, como ferimentos por arma de fogo ou acidentes de carro, podem danificar o tecido muscular além do ponto de reparo. Infelizmente, os músculos também são teimosos, pois o tecido doador de cadáveres geralmente não “pega” no local da lesão. Por enquanto, não existem tratamentos eficazes para a morte muscular grave, chamada perda muscular volumétrica.

Os novos híbridos humano-porco foram concebidos para resolver este problema. Deixando de lado a perda muscular, o estudo também aponta para um “hack” inteligente que aumenta a quantidade de tecido humano dentro de um porco em crescimento. embrião.

Se melhorada, a tecnologia poderia “fornecer um fornecimento ilimitado de órgãos para transplante”, dito Dra. Reverter. Além do mais, como o tecido humano pode ser proveniente dos próprios pacientes, o risco de rejeição pelo sistema imunológico é relativamente baixo – mesmo quando cultivado dentro de um porco.

“A escassez de órgãos para transplante cardíaco, enxerto vascular e músculo esquelético é impressionante”, disse Garry. As quimeras humano-animal podem ter um “impacto sísmico” que transforma o transplante de órgãos e ajuda a resolver a crise de escassez de órgãos.

Isto é, se a sociedade aceitar a ideia de um porco semi-humanóide.

Espere… mas como?

O novo estudo inspirou-se em receitas anteriores de quimeras.

Os principais ingredientes e etapas são os seguintes: primeiro, você precisa de um embrião que não tenha capacidade de desenvolver um tecido ou órgão. Isso deixa uma espécie de “espaço vazio” que você pode preencher com outro conjunto de genes – porco, humano ou até mesmo macaco.

Em segundo lugar, é preciso afinar a receita para que os embriões “peguem” os novos genes, incorporando-os nos seus corpos como se fossem seus. Terceiro, os novos genes são ativados para instruir o embrião em crescimento a produzir os tecidos ou órgãos necessários sem prejudicar o animal em geral. Finalmente, os genes estranhos precisam permanecer onde estão, sem que as células migrem para outra parte do corpo – digamos, o cérebro.

Não é exatamente simples, hein? Os leitões são maravilhas tecnológicas que combinam edição genética de ponta com tecnologias de clonagem.

A equipe optou por duas quimeras: uma com dois conjuntos de genes de porco, a outra com uma mistura de porco e humano. Ambos começaram com um embrião de porco que não consegue produzir seus próprios músculos esqueléticos (esses são os músculos que envolvem os ossos). Usando CRISPR, o canivete suíço de edição de genes, eles retiraram três genes que são absolutamente necessários para o desenvolvimento desses músculos. Como acertar um alvo com três flechas simultaneamente, já é um feito tecnológico.

Aqui está a parte realmente inteligente: os músculos ao redor dos ossos têm uma composição genética ligeiramente diferente daqueles que revestem os vasos sanguíneos ou que bombeiam o coração. Embora os embriões de porco resultantes apresentassem graves deformidades musculares à medida que se desenvolviam, seus corações batiam normalmente. Isso significa que o corte da edição genética impactou apenas os músculos esqueléticos.

Depois veio o segundo passo: substituir os genes ausentes. Usando uma microagulha, a equipe injetou um óvulo de porco fertilizado e ligeiramente desenvolvido – chamado blastômero – no embrião. Se for deixado em seu curso natural, um blastômero eventualmente se desenvolve em outro embrião. Esta etapa “comprime” os dois conjuntos de genes, com o recém-chegado preenchendo o vazio muscular. O embrião híbrido foi então colocado em um substituto e, cerca de quatro meses depois, nasceram leitões quiméricos.

Equipados com DNA estranho, os pequeninos pareciam totalmente normais, bisbilhotando o laboratório e correndo por toda parte sem tropeços desajeitados e óbvios. Sob o microscópio, seus músculos “xenomorfos” eram indistinguíveis do tecido muscular comum – sem sinais de danos ou inflamação, e tão elásticos e resistentes quanto os músculos normalmente são. Além do mais, o DNA estranho parecia ter se desenvolvido apenas em músculos, embora eles prevalecessem em todo o corpo. Extensas experiências de pesca não encontraram vestígios do conjunto de genes injetados nos vasos sanguíneos ou no cérebro.

Um melhor híbrido humano-porco

Confiantes em sua receita, a equipe repetiu em seguida o experimento com células humanas, com uma diferença. Em vez de utilizarem células estaminais embrionárias humanas controversas, obtidas de fetos abortados, confiaram em células estaminais pluripotentes induzidas (iPSCs). Estas são células da pele que foram revertidas ao estado de células-tronco.

Ao contrário das tentativas anteriores de produzir quimeras humanas, a equipe vasculhou então o cenário genético de como os embriões de porcos e humanos se desenvolvem para encontrar quaisquer “freios” genéticos que pudessem inviabilizar o processo. Destacou-se um gene, o TP53, que foi prontamente eliminado com CRISPR.

Esta abordagem fornece uma forma para estudos futuros aumentarem de forma semelhante a eficiência das quimeras interespécies, disse a equipe.

Os embriões de porco humano foram então cuidadosamente cultivados dentro de porcos substitutos durante menos de um mês e analisados ​​extensivamente. No dia 20, os híbridos já tinham desenvolvido músculo esquelético humano detectável. Semelhante às quimeras porco-porco, a equipe não detectou nenhum sinal de que os genes humanos tivessem germinado células que eventualmente se tornariam neurônios ou outras células não musculares.

Por enquanto, as quimeras humano-animal não podem crescer até o fim, em parte para conter a possibilidade teórica de engenharia de animais híbridos humanóides (arrepio). No entanto, uma quimera humano-porco senciente é algo que a equipe abordou especificamente. Através de vários experimentos, eles não encontraram vestígios de genes humanos nas células-tronco cerebrais dos embriões aos 20 e 27 dias de desenvolvimento. Da mesma forma, os genes dos doadores humanos estavam ausentes nas células que se tornariam as células reprodutivas dos embriões híbridos.

Apesar dos dilemas bioéticos e das restrições legais, as quimeras humano-animal decolaram, tanto como fonte de conhecimento sobre o desenvolvimento do cérebro humano como como fonte de órgãos e tecidos personalizados para transplante. Em 2019, O Japão suspendeu sua proibição sobre o desenvolvimento de células cerebrais humanas dentro de embriões animais, bem como o limite de prazo – para controvérsia global. Há também a questão do bem-estar animal, uma vez que os clones híbridos tornar-se-ão essencialmente doadores involuntários de órgãos.

À medida que os debates avançam, os cientistas estão, no entanto, a ultrapassar os limites das quimeras humano-animal, ao mesmo tempo que avançam com o maior cuidado possível.

“Nossos dados…apoiam a viabilidade da geração dessas quimeras interespécies, que servirão como modelo para pesquisa translacional ou, um dia, como fonte para xenotransplante”, disse a equipe.

Crédito de imagem: Cristóvão Carson on Unsplash  

Fonte: https://singularityhub.com/2021/04/06/how-scientists-grew-human-muscles-in-pig-embryos-and-why-it-matters-for-organ-transplants/