Equipe de pesquisa interdisciplinar usa microesferas de DNA para controlar o desenvolvimento de tecido cultivado
Uma nova técnica de engenharia molecular pode influenciar precisamente o desenvolvimento de organoides. Microesferas feitas de DNA especificamente dobrado são usadas para liberar fatores de crescimento ou outras moléculas de sinal dentro das estruturas do tecido. Isso dá origem a organoides consideravelmente mais complexos que imitam os respectivos tecidos muito melhor e têm uma mistura de células mais realista do que antes. Uma equipe de pesquisa interdisciplinar do Cluster of Excellence “3D Matter Made to Order” com pesquisadores baseados no Centre for Organismal Studies e no Center for Molecular Biology da Universidade de Heidelberg, no BioQuant Center da universidade, bem como no Max Planck Institute for Medical Research em Heidelberg, desenvolveu a técnica.
Organoides são estruturas de tecido em miniatura, semelhantes a órgãos, derivadas de células-tronco. Eles são usados em pesquisa básica para obter novos insights sobre o desenvolvimento humano ou para estudar o desenvolvimento de doenças. “Até agora, não era possível controlar o crescimento dessas estruturas de tecido a partir de seu interior”, afirma o Dr. Cassian Afting, um cientista médico do Centro de Estudos Organismais (COS). “Usando a nova técnica, agora podemos determinar precisamente quando e onde no tecido em crescimento os principais sinais de desenvolvimento são liberados”, enfatiza Tobias Walther, um biotecnólogo e candidato a doutorado no Centro de Biologia Molecular da Universidade de Heidelberg (ZMBH) e no Instituto Max Planck de Pesquisa Médica em Heidelberg.
A equipe de pesquisa interdisciplinar de biólogos, médicos, físicos e cientistas de materiais construiu microscopicamente pequenas esferas de DNA que podem ser “carregadas” com proteínas ou outras moléculas. Essas microesferas são injetadas nos organoides e liberam sua carga quando expostas à luz UV. Isso permite a liberação de fatores de crescimento ou outras moléculas de sinal a qualquer momento e local dentro do tecido em desenvolvimento.
Os pesquisadores testaram o processo em organoides retinais do peixe-arroz japonês medaka inserindo precisamente microesferas carregadas com uma molécula de sinal Wnt no tecido. Pela primeira vez, eles conseguiram induzir células epiteliais pigmentares da retina – a camada externa da retina – a se formarem adjacentes ao tecido neural da retina. Anteriormente, adicionar Wnt ao meio de cultura induziria células pigmentares, mas suprimia o desenvolvimento da retina neural. “Graças à liberação localizada de moléculas de sinalização, conseguimos obter uma mistura mais realista de tipos de células, imitando mais de perto a composição celular natural do olho do peixe do que com culturas celulares convencionais”, explica Kerstin Göpfrich, pesquisadora na área de biologia sintética no ZMBH e no Instituto Max Planck de Pesquisa Médica.
De acordo com os cientistas, as microesferas de DNA podem ser flexivelmente adaptadas para transportar muitas moléculas de sinal diferentes em vários tipos de tecido cultivado. “Isso abre novas possibilidades para a engenharia de organoides com complexidade e organização celular aprimoradas”, afirma Joachim Wittbrodt, que dirigiu o trabalho de pesquisa junto com o Prof. Göpfrich. “Modelos organoides mais sofisticados podem acelerar a pesquisa sobre desenvolvimento humano e doenças e potencialmente levar a uma melhor pesquisa de medicamentos baseada em organoides”, afirma o biólogo do desenvolvimento de Heidelberg, cujo grupo de pesquisa está localizado no COS.
A nova técnica para criar organoides mais complexos foi desenvolvida no Cluster of Excellence “3D Matter Made to Order”, que é operado em conjunto pela Universidade de Heidelberg e o Instituto de Tecnologia de Karlsruhe. Um artigo com os resultados da pesquisa foi publicado no periódico “Nature Nanotechnology”.
C. Afting, T. Walther, OM Drozdowski, C. Schlagheck, US Schwarz, J. Wittbrodt, K. Göpfrich: Microesferas de DNA para liberação de morfogênio controlada espaço-temporalmente dentro de organoides. Nature Nanotechnology (9 de setembro de 2024).
