Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Jacob Hanna, do Instituto Weizmann de Ciência, criou modelos completos de embriões humanos a partir de células-tronco cultivadas em laboratório - e conseguiu cultivá-los fora do útero até o dia 14. Conforme relatado hoje na Nature , estes os modelos de embriões sintéticos possuíam todas as estruturas e compartimentos característicos desta fase, incluindo placenta, saco vitelino, saco coriônico e outros tecidos externos que garantem o crescimento dinâmico e adequado dos modelos.

Os agregados celulares derivados de células estaminais humanas em estudos anteriores não podiam ser considerados modelos de embriões humanos genuinamente precisos, porque careciam de quase todas as características definidoras de um embrião pós-implantação. Em particular, não conseguiram conter vários tipos de células essenciais ao desenvolvimento do embrião, como as que formam a placenta e o saco coriónico. Além disso, não apresentavam a organização estrutural característica do embrião e não revelavam capacidade dinâmica para progredir para o próximo estágio de desenvolvimento.

Dada a sua autêntica complexidade, os modelos de embriões humanos obtidos pelo grupo de Hanna podem proporcionar uma oportunidade sem precedentes para lançar nova luz sobre o misterioso início do embrião. Pouco se sabe sobre o embrião inicial porque é muito difícil de estudar, tanto por razões éticas como técnicas, mas as suas fases iniciais são cruciais para o seu desenvolvimento futuro.

Nessas etapas, o aglomerado de células que se implanta no útero no sétimo dia de existência torna-se, em três a quatro semanas, um embrião bem estruturado que já contém todos os órgãos do corpo.

“O drama está no primeiro mês, os oito meses restantes de gravidez são principalmente de muito crescimento”, diz Hanna. "Mas aquele primeiro mês ainda é, em grande parte, uma caixa preta. Nosso modelo de embrião humano derivado de células-tronco oferece uma maneira ética e acessível de examinar esta caixa. Ele imita de perto o desenvolvimento de um embrião humano real, particularmente o surgimento de seu embrião primorosamente fino. arquitetura."

A equipe de Hanna baseou-se em sua experiência anterior na criação de modelos de embriões de camundongos baseados em células-tronco sintéticas. Como naquela pesquisa , os cientistas não usaram óvulos fertilizados ou útero. Em vez disso, começaram com células humanas conhecidas como células estaminais pluripotentes, que têm o potencial de se diferenciarem em muitos, embora não todos, tipos de células. Alguns foram derivados de células da pele adultas que foram revertidas para "tronco". Outros eram descendentes de linhagens de células-tronco humanas cultivadas durante anos em laboratório.

Os pesquisadores então usaram o método recentemente desenvolvido por Hanna para reprogramar células-tronco pluripotentes , de modo a atrasar ainda mais o tempo: para reverter essas células para um estado ainda anterior - conhecido como estado ingênuo - no qual elas são capazes de se tornar qualquer coisa, isto é, especializada em qualquer tipo de célula.

Esta fase corresponde ao 7º dia do embrião humano natural, na altura em que este se implanta no útero. A equipe de Hanna foi, de fato, a primeira a começar a descrever métodos para gerar células-tronco humanas virgens, em 2013 ; eles continuaram a melhorar esses métodos, que estão no cerne do projeto atual, ao longo dos anos.

Os cientistas dividiram as células em três grupos. As células destinadas a se desenvolver no embrião foram deixadas como estão. As células de cada um dos outros grupos foram tratadas apenas com produtos químicos, sem qualquer necessidade de modificação genética, de modo a ativar certos genes, o que pretendia fazer com que essas células se diferenciassem em um dos três tipos de tecidos necessários para sustentar o embrião: placenta, saco vitelino ou membrana mesoderme extraembrionária que, em última análise, cria o saco coriônico.

Logo depois de serem misturadas em condições otimizadas e especificamente desenvolvidas, as células formaram aglomerados, cerca de 1% dos quais se auto-organizaram em estruturas completas semelhantes a embriões. "Um embrião é autodirigido por definição; não precisamos dizer-lhe o que fazer - devemos apenas libertar o seu potencial codificado internamente", diz Hanna. "É fundamental misturar os tipos certos de células no início, que só podem ser derivadas de células-tronco virgens que não têm restrições de desenvolvimento. Depois de fazer isso, o próprio modelo embrionário diz: 'Vá!'"

As estruturas semelhantes a embriões baseadas em células-tronco (denominadas SEMs) desenvolveram-se normalmente fora do útero durante 8 dias, atingindo um estágio de desenvolvimento equivalente ao dia 14 no desenvolvimento embrionário humano. É nesse ponto que os embriões naturais adquirem as estruturas internas que lhes permitem avançar para a fase seguinte: o desenvolvimento dos progenitores dos órgãos do corpo.

Quando os investigadores compararam a organização interna dos seus modelos de embriões derivados de células estaminais com ilustrações e secções de anatomia microscópica em atlas de embriologia clássicos da década de 1960, encontraram uma estranha semelhança estrutural entre os modelos e os embriões humanos naturais na fase correspondente. Cada compartimento e estrutura de suporte não estavam apenas ali, mas no lugar, tamanho e formato certos. Até as células que produzem o hormônio usado nos testes de gravidez estavam lá e ativas: quando os cientistas aplicaram as secreções dessas células em um teste de gravidez comercial, o resultado foi positivo.

Isto implicava que os seus modelos emulavam fielmente o processo pelo qual um embrião inicial ganha todas as estruturas de que necessita para iniciar a sua transformação em feto. “Muitas falhas na gravidez ocorrem nas primeiras semanas, muitas vezes antes mesmo de a mulher saber que está grávida”, diz Hanna. “É também aí que se originam muitos defeitos congênitos, embora tendam a ser descobertos muito mais tarde. Nossos modelos podem ser usados para revelar os sinais bioquímicos e mecânicos que garantem o desenvolvimento adequado nesta fase inicial, e as maneiras pelas quais esse desenvolvimento pode dar errado. ."

Na verdade, o estudo já produziu uma descoberta que pode abrir uma nova direção na pesquisa sobre o fracasso precoce da gravidez. Os pesquisadores descobriram que se o embrião não for envolvido por células formadoras de placenta da maneira correta no dia 3 do protocolo (correspondente ao dia 10 no desenvolvimento embrionário natural), suas estruturas internas, como o saco vitelino, não conseguem se desenvolver adequadamente. 

“Um embrião não é estático. Deve ter as células certas na organização certa e deve ser capaz de progredir – trata-se de ser e de se tornar”, diz Hanna. "Nossos modelos completos de embriões ajudarão os pesquisadores a responder às questões mais básicas sobre o que determina o seu crescimento adequado."

Esta abordagem ética para desvendar os mistérios das primeiras fases do desenvolvimento embrionário poderia abrir numerosos caminhos de investigação. Pode ajudar a revelar as causas de muitos defeitos congênitos e tipos de infertilidade. Também poderia levar a novas tecnologias para o cultivo de tecidos e órgãos para transplante. E poderia oferecer uma forma de contornar experiências que não podem ser realizadas em embriões vivos – por exemplo, determinando os efeitos da exposição a medicamentos ou outras substâncias no desenvolvimento fetal.