Diferentes tipos de células – digamos, coração, fígado, sangue e espermatozóides – possuem características que os ajudam a realizar seus trabalhos únicos no corpo. Em geral, essas características são hard-wired. Sem intervenção, uma célula do coração não se transformará espontaneamente em uma célula do fígado.
No entanto, pesquisadores da Escola de Medicina Veterinária da Universidade da Pensilvânia, trabalhando com colaboradores da Universidade do Texas em San Antonio e do Instituto de Pesquisa Biomédica do Texas, levaram as células sanguíneas de sagüis a adquirir a flexibilidade das células-tronco. Em seguida, eles direcionaram essas células-tronco para assumir as características dos precursores do esperma.
no diário eLife, eles relatam seu processo passo a passo de religação de células. As descobertas – a primeira no sagui, um pequeno macaco – abrem novas possibilidades para estudar a biologia dos primatas e desenvolver novas tecnologias de reprodução assistida, como em vitro gametogênese, um processo de geração de células germinativas, esperma ou óvulos, em uma placa de laboratório, semelhante a como em vitro a fertilização envolve a geração de um embrião fora do corpo humano.
“Os cientistas sabem como gerar espermatozoides e óvulos funcionais a partir de células-tronco pluripotentes induzidas em camundongos, mas as células germinativas de camundongos são muito diferentes das células germinativas humanas”, diz Kotaro Sasaki, professor assistente da Penn Vet. “Ao estudar os saguis, cuja biologia se assemelha mais à nossa, podemos preencher a lacuna”.
Para entender como gerar células germinativas, os pesquisadores primeiro estudaram precursores de células germinativas de embriões de sagüis, que nunca haviam sido rigorosamente caracterizados para a espécie. Eles descobriram que essas células em estágio inicial, conhecidas como células germinativas primordiais (PGCs), apresentavam certos marcadores moleculares que podiam ser rastreados ao longo do tempo. A realização do sequenciamento de RNA unicelular nessas células revelou que as PGCs expressavam genes característicos de células germinativas em estágio inicial e aqueles relacionados a modificações epigenéticas, que regulam a expressão gênica. PGCs, no entanto, não expressam genes conhecidos por serem ativados mais tarde no processo de desenvolvimento das células germinativas, quando as células precursoras migram para os ovários ou testículos para completar sua maturação.
Suas descobertas foram “consistentes com a noção de que as células germinativas do sagüi passam por um processo de reprogramação”, diz Sasaki, que “desliga” certos marcadores e permite que os PGCs prossigam pelos estágios de desenvolvimento das células germinativas. Os padrões que os pesquisadores observaram nas células do sagüi se assemelhavam muito ao que foi encontrado em humanos e outras espécies de macacos, mas eram distintos dos de camundongos, outra razão pela qual o sagüi pode ser um modelo valioso para estudos de biologia reprodutiva.
Com essas informações em mãos, a equipe começou a tentar reconstituir o processo de desenvolvimento artificialmente, em laboratório. O primeiro passo: transformar células sanguíneas em células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), células que mantêm a capacidade de dar origem a vários outros tipos de células.
“Tenho muita experiência em trabalhar com cultura de células e células-tronco pluripotentes induzidas, mas estabelecer uma cultura estável para as células de sagüi foi uma parte difícil do estudo”, diz Yasunari Seita, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Sasaki e autor principal .
Após muitas tentativas e erros e aplicando as lições aprendidas com ratos, humanos e outras investigações, Seita chegou a uma estratégia que lhe permitiu gerar e sustentar culturas estáveis de iPSCs. Uma chave para o sucesso foi a adição de um inibidor da via de sinalização governada pela proteína Wnt, que está envolvida em diversas funções celulares, como a diferenciação celular.
O próximo passo foi passar de iPSCs para precursores de células germinativas. Mais uma vez, experimentos consideráveis foram desenvolvidos para desenvolver o protocolo para essa transformação. O método que funcionou melhor envolveu a adição de um coquetel de fatores de crescimento para estimular com sucesso entre 15-40% de sua cultura a assumir as características desses precursores de células germinativas.
“Ficamos entusiasmados ao ver essa eficiência e fomos capazes de expandir nossas culturas, passando por elas várias vezes e vendo um bom crescimento exponencial”, diz Sasaki. “As células mantiveram os principais marcadores de células germinativas, mas não expressaram outros marcadores associados à migração para a gônada”.
Em um estágio final do estudo, a equipe de pesquisa persuadiu essas células cultivadas em laboratório a assumir as características das células germinativas em estágio avançado. Com base em um método que Sasaki e seus colegas haviam estabelecido anteriormente em células humanas e relatado em um estudo de 2020 Natureza Comunicações papel, eles cultivaram as células com células testiculares de camundongos ao longo de um mês. O resultado foi um crescimento bem-sucedido com algumas células começando a ativar genes associados a precursores de células espermáticas em estágio avançado.
O desenvolvimento de novas abordagens para estudar o sagüi permite que as equipes da Penn e da Universidade do Texas em San Antonio – bem como a comunidade científica em geral – façam uso da espécie como um importante modelo de pesquisa. Os saguis, por exemplo, têm um funcionamento cognitivo que se assemelha ao dos humanos em muitos aspectos e, portanto, podem levar a novos insights na neurociência.
Para o grupo de Sasaki, mais interessado no desenvolvimento do sistema reprodutivo, os sagüis representam um novo caminho para estudos de desenvolvimento normal e anormal, bem como de fertilidade.
“Quando você pensa sobre as aplicações clínicas de uma tecnologia de reprodução assistida como em vitro gametogênese, há muitas preocupações éticas, legais e de segurança que podem surgir”, diz Sasaki. “Definitivamente, precisamos de um bom modelo pré-clínico para explorar antes de passarmos para a tradução clínica humana.”
Kotaro Sasaki é professor assistente de ciências biomédicas na Escola de Medicina Veterinária da Universidade da Pensilvânia.
Yasunari Seita é um pesquisador de pós-doutorado na Escola de Medicina Veterinária da Penn.
Os coautores de Sasaki e Seita são Keren Cheng, da Penn Vet; John R. McCarrey, Nomesh Yadu, Isamar Santana Toro, Li-hua Yen, Sean Vargas, Christopher S. Navara e Brian P. Hermann; e Ian H. Cheeseman, Alec Bagwell e Corinna N. Ross do Texas Biomedical Research Institute. Seita e Cheng foram co-primeiros autores, e Sasaki, Navara e Hermann foram co-autores correspondentes.
O estudo foi financiado pelo Open Philanthropy Project (concessões 197906 e 10080664), National Institutes of Health (concessões DA054170, HD090007, OD011133 e MD007591) e National Science Foundation (concessões 1337513 e 2018408).