Por Sofia Moutinho
Publicado na Science
Eles não são maiores do que sementes de gergelim e pulsam com um ritmo hipnótico. Esses são os “mini-corações” humanos, os primeiros a serem criados em laboratório com câmaras que visivelmente batem. Os órgãos em miniatura, ou organoides, imitam o coração ativo de um embrião humano de 25 dias e podem ajudar a desvendar muitos mistérios – incluindo por que os corações dos bebês não cicatrizam depois de terem um ataque cardíaco.
“Este é um ótimo estudo”, disse Zhen Ma, um bioengenheiro que desenvolve organoides de coração na Universidade de Siracusa (EUA) e não fez parte da nova pesquisa. O experimento é “muito importante” para a compreensão dos defeitos cardíacos congênitos e da formação do coração humano – trabalho que até agora se baseou em modelos animais, disse ele.
Embora “mini-orgãos” como cérebros, vísceras e fígados tenham crescido em placas por mais de 10 anos, os organoides de coração têm sido mais desafiadores. Os primeiros, compostos de células cardíacas de camundongo, podiam se contrair ritmicamente em uma placa, mas pareciam mais um nódulo de células cardíacas do que um coração de fato, disse Aitor Aguirre, biólogo de células-tronco da Universidade Estadual de Michigan (EUA) que criou seu próprio organoide de coração humano que bate, descrito em uma pré-publicação da Research Square. “Um organoide deve recapitular a função do órgão”, disse ele. Com um coração, “você esperaria câmaras e bombeamento, porque é isso que o coração faz”.
Para criar organoides de coração cujas células se auto-organizam como as de um embrião, os autores do novo estudo programaram células-tronco pluripotentes humanas, que têm a capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de tecido, em vários tipos de células cardíacas. O objetivo deles era criar as três camadas de tecido presentes nas paredes de uma câmara do coração, uma das primeiras partes do coração a se desenvolver. Em seguida, os pesquisadores imergiram as células-tronco em diferentes concentrações de nutrientes promotores de crescimento até encontrarem uma receita que induzia as células a formarem os tecidos na mesma ordem e formato dos embriões.
Após 1 semana de desenvolvimento, os organoides são estruturalmente equivalentes ao coração de um embrião de 25 dias. Nesse estágio, o coração tem apenas uma câmara, que se tornará o ventrículo esquerdo do coração maduro. Os organoides têm cerca de 2 milímetros de diâmetro e incluem os principais tipos de células tipicamente presentes neste estágio de desenvolvimento: cardiomiócitos, células epiteliais, fibroblastos e epicárdio. Eles também têm uma câmara claramente definida que bate de 60 a 100 vezes por minuto, o mesmo ritmo do coração de um embrião em torno da mesma idade, relata a equipe essa semana na Cell.
“Quando eu vi pela primeira vez, fiquei surpreso que essas câmaras pudessem se formar sozinhas”, disse o autor principal Sasha Mendjan, biólogo de células-tronco do Instituto de Biotecnologia Molecular da Academia Austríaca de Ciências. “O incrível é que você vê imediatamente se o experimento funcionou e se o organoide é funcional, já que bate – ao contrário de outros órgãos”.
Os mini-corações, que até agora sobreviveram por mais de 3 meses no laboratório, ajudarão os cientistas a ver o desenvolvimento do coração em detalhes sem precedentes. Eles também podem revelar as origens dos problemas cardíacos, como defeitos cardíacos congênitos em bebês e morte de células cardíacas após ataques cardíacos, disse Mendjan. “Você não pode compreender algo completamente até que possa recriá-lo”, disse ele, citando livremente o vencedor Nobel de Física Richard Feynman.
Mendjan e seus colegas também congelaram pedaços dos organoides para testar sua resposta a lesões. Eles viram que os fibroblastos cardíacos, tipo de célula responsável por manter a estrutura do tecido, migraram para as áreas danificadas para reparar as células mortas, assim como em bebês que sofrem ataques cardíacos. Há muito tempo é um mistério por que o coração dos bebês pode se regenerar após esse ferimento sem deixar cicatrizes, ao contrário dos adultos. “Agora, temos um sistema controlado e nítido fora do corpo humano para estudar facilmente esse processo”, disse Mendjan.
Aguirre diz que o próximo passo lógico é conectar os organoides do coração que batem às redes vasculares e testar sua capacidade de bombear sangue. A equipe de Mendjan planeja tentar ajustar o caldo de nutrientes para produzir organoides com todas as quatro câmaras. Com esses organoides do coração avançados, os pesquisadores poderiam explorar os muitos problemas cardíacos de desenvolvimento que surgem quando essas cavidades adicionais começam a se formar.
Para Ma, desenvolver um organoide de coração mais adulto, com todas as suas câmaras e estruturas, é o futuro desse campo. Mas ele não acha que isso vai acontecer na próxima década. Para um organoide de coração completo, disse ele, “ainda há um longo caminho a percorrer”.
