Notícia

“Ossos transparentes”: técnica ajuda a observar células-tronco dentro dos ossos

Science Translational Medicine, Greenbaum, Chan, et al; Gradinaru laboratory/Caltech.

Fonte

Instituto de Tecnologia da Califórnia

Data

segunda-feira, 1 maio 2017 11:10

Áreas

Biotecnologia. Biologia Celular e Molecular. Células-tronco. Engenharia Biológica. Osteoporose.

Há dez anos, os ossos atualmente em nossos corpos na realidade ainda não existiam. Como a pele, o osso está em constante renovação, trocando tecido velho por tecido novo a partir de células estaminais na medula óssea. Agora, uma nova técnica desenvolvida no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech – California Institute of Technology), nos Estados Unidos, pode tornar os ossos intactos transparentes, permitindo aos pesquisadores observar essas células-tronco dentro do seu ambiente. O método é um avanço para testar novos medicamentos para combater doenças como a osteoporose.

A pesquisa foi realizada no laboratório da Dra. Viviana Gradinaru, professora assistente de biologia e engenharia biológica e pesquisadora do Instituto de Pesquisa Médica do Caltech. O estudo foi publicado em um artigo científico na edição de 26 de abril da revista “Science Translational Medicine”.

No osso saudável, existe um equilíbrio sutil entre as células que constroem a massa óssea e as células que quebram o osso velho em um ciclo contínuo de reconstrução. Este processo é parcialmente controlado por células-tronco na medula óssea, as chamadas osteoprogenitoras, que se desenvolvem em osteoblastos ou osteócitos e que regulam e mantêm o esqueleto. Para entender melhor doenças como osteoporose, que ocorre quando a perda de massa óssea leva a um alto risco de fraturas, é importante estudar o comportamento das células estaminais na medula óssea. No entanto, este conjunto de células é raro e não está distribuído uniformemente em todo o osso.

“Devido à escassez da população de células-tronco no osso, é difícil extrapolar seu número e posições em apenas algumas fatias de osso”, diz o Dr. Alon Greenbaum, pós-doutorado em biologia e engenharia biológica e um dos autores do artigo. “Além disso, cortar o osso causa deterioração e afeta o ambiente complexo e tridimensional das células-tronco dentro do osso. Portanto, há uma necessidade de ver dentro do tecido intacto”, explica o pesquisador.

Para fazer isto, a equipe fez desenvolvimentos a partir de uma técnica chamada “Clarity”, que torna os tecidos moles, como o cérebro, transparentes, removendo moléculas opacas das células. O grupo da Dra. Viviana Gradinaru expandiu o método para tornar transparente todo o tecido mole no corpo de um camundongo. A partir disso, começou a desenvolver uma maneira de “limpar” tecidos duros, como o osso que compõe o nosso esqueleto.

No trabalho descrito no novo artigo, a equipe começou com ossos retirados de ratos transgênicos pós-morte. Estes ratos foram geneticamente modificados para que as suas células estaminais pudessem ser observadas por fluorescência vermelha. A equipe examinou o fêmur e a tíbia, assim como os ossos da coluna vertebral; cada uma das amostras tinha cerca de alguns centímetros de comprimento. Primeiro, os pesquisadores removeram o cálcio dos ossos: o cálcio contribui para a opacidade e o tecido ósseo tem uma quantidade muito maior de cálcio que os tecidos moles. Em seguida, a equipe infundiu o osso com um hidrogel que bloqueou componentes celulares como proteínas e ácidos nucleicos no local e preservou a arquitetura das amostras. Finalmente, os pesquisadores fizeram fluir pelo osso um “detergente” suave, para quebrar os lipídios, deixando o osso transparente. Para a imagem dos ossos desobstruídos, a equipe construiu um microscópio personalizado para visualização rápida e de alta resolução que não danificaria o sinal fluorescente. Os “ossos desobstruídos”, ou “transparentes”, revelaram uma constelação de células estaminais fluorescentes vermelhas no seu interior.

O grupo colaborou com pesquisadores da empresa de biotecnologia Amgen para usar o método, chamado “Bone Clarity”, para testar um novo medicamento desenvolvido para o tratamento da osteoporose, que afeta milhões de pessoas por ano.

“Nossos colaboradores da Amgen nos enviaram uma nova terapia que aumenta a massa óssea”, disse Ken Chan, estudante de pós-graduação e também um dos autores do artigo. “No entanto, o efeito destas terapêuticas sobre a população de células estaminais não estava claro. Nós pensamos que eles poderiam estar aumentando a proliferação de células estaminais.” Para testar isso, os pesquisadores deram a um grupo de camundongos o tratamento e, usando a técnica “Bone Clarity”, compararam suas colunas vertebrais com ossos de um grupo controle de animais que não receberam a droga. “Vimos que, na verdade, houve um aumento nas células estaminais com esta droga”, diz ele. “Monitorar as respostas das células-tronco a estes tipos de drogas é crucial porque os aumentos iniciais na proliferação são esperados enquanto o osso novo está sendo construído, mas a proliferação a longo prazo pode levar ao câncer“.

A técnica tem aplicações promissoras para entender como os ossos interagem com o resto do corpo.

“Os biólogos estão começando a descobrir que os ossos não são apenas suportes estruturais“, diz a Dra. Viviana Gradinaru, que também atua como diretora do Centro de Neurociência Molecular e Celular do Instituto para Neurociência do Caltech. “Por exemplo, os hormônios do osso enviam os sinais cerebrais para regular o apetite, e estudar a interface entre o crânio e o cérebro é uma parte vital da neurociência. É nossa esperança que a nova técnica ajude a abrir novos caminhos na compreensão do funcionamento interno do cérebro”.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse material complementar ao artigo e vídeos dos experimentos científicos.

Fonte: Lori Dajose, Instituto de Tecnologia da Califórnia. Imagem: Science Translational Medicine, Greenbaum, Chan, et al; Gradinaru laboratory/Caltech.

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