Como esses Miniórgãos Podem Revolucionar a Pesquisa e o Tratamento de Doenças
Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity
Organoides são pequenas culturas de tecidos 3D auto-organizadas que podem imitar a estrutura e a função de órgãos reais. Têm o potencial de transformar a investigação médica e oferecer uma nova esperança aos pacientes com diversas doenças.
Você já se perguntou como seria ter uma versão em miniatura de seus próprios órgãos, como cérebro, coração ou fígado, crescendo em laboratório? Parece ficção científica, certo? Bem, não mais. Graças aos avanços na tecnologia de células-tronco, os cientistas conseguiram criar organoides, que são essencialmente modelos 3D de órgãos derivados de células-tronco. Os organoides podem replicar parte da complexidade e diversidade de órgãos reais, tornando-os ferramentas ideais para estudar o desenvolvimento humano, doenças e resposta a medicamentos. Neste artigo de Conhecimento Inteligente Colaborativo do MyBeloJardim.com, exploraremos o que são organoides, como funcionam e como podem nos ajudar a tratar doenças em humanos.
O que são células-tronco?
As células-tronco são células especiais do corpo que podem se dividir e produzir diferentes tipos de células com funções específicas. Eles atuam como blocos de construção de seus tecidos e órgãos. Existem dois tipos principais: células-tronco embrionárias (encontradas em embriões iniciais) e células-tronco adultas (encontradas em vários tecidos). As células-tronco podem nos ajudar a compreender e tratar várias doenças e condições, substituindo ou reparando células danificadas. [1]
O que são organoides e como são feitos?
Organoides são culturas de tecidos 3D que podem se auto-organizar e se diferenciar em vários tipos de células, assemelhando-se à arquitetura e à função de órgãos reais. [1a, 2]
Os organoides podem ser derivados de diferentes fontes de células-tronco, como células-tronco embrionárias (ESCs), células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) ou células-tronco adultas. As células-tronco, como vimos acima, são células que podem se dividir indefinidamente e produzir diferentes tipos de células como parte de sua progênie. Ao fornecer o ambiente e os sinais corretos, os cientistas podem orientar as células-tronco a seguirem suas próprias instruções genéticas e formar organoides que imitam o órgão de interesse.
Os organoides podem variar em tamanho, desde menos que a largura de um fio de cabelo até cinco milímetros. Eles podem ser cultivados de diferentes maneiras, como em uma substância semelhante a um gel chamada Matrigel, em um biorreator giratório ou em um chip microfluídico. Dependendo do tipo e da fonte das células-tronco, os organoides podem levar de alguns dias a alguns meses para se desenvolverem. Existem potencialmente tantos tipos de organoides quanto diferentes tecidos e órgãos no corpo. Até o momento, os pesquisadores conseguiram produzir organoides que se assemelham ao cérebro, rim, pulmão, intestino, estômago, fígado e muito mais. [2a]
Organoides cerebrais
Os organoides cerebrais são um dos tipos de organoides mais fascinantes e desafiadores de se criar. Eles também são conhecidos como minicérebros ou organoides cerebrais e podem recapitular algumas das características do cérebro humano, como a formação de diferentes regiões cerebrais, tipos de células e conexões.
Os organoides cerebrais podem ser derivados de ESCs ou iPSCs e podem crescer até quatro milímetros de diâmetro. Eles podem ser usados para estudar o desenvolvimento, o design e doenças do cérebro humano, como autismo, esquizofrenia, epilepsia e Alzheimer. [3]
Organoides renais
Organoides renais são modelos 3D do rim que podem gerar vários tipos de células e estruturas do sistema renal, como néfrons, túbulos e glomérulos.
Os organoides renais podem ser derivados de CES, iPSCs ou células-tronco renais adultas e podem crescer até um milímetro de diâmetro. Eles podem ser usados para estudar o desenvolvimento, função e doenças renais, como doença renal policística, lesão renal aguda e doença renal crônica. Eles também podem ser usados para testar a toxicidade e eficácia de medicamentos nos rins. [4]
Organoides pulmonares
Organoides pulmonares são modelos 3D do pulmão que podem produzir vários tipos de células e estruturas do sistema respiratório, como alvéolos, brônquios e cílios.
Os organoides pulmonares podem ser derivados de CES, iPSCs ou células-tronco pulmonares adultas e podem crescer até dois milímetros de diâmetro. Eles podem ser usados para estudar o desenvolvimento, função e doenças pulmonares, como fibrose cística, asma, doença pulmonar obstrutiva crônica e câncer de pulmão. Eles também podem ser usados para testar a infecção e a resposta imunológica do pulmão a patógenos, como o coronavírus. [5]
Organoides intestinais
Organoides intestinais são modelos 3D do intestino que podem gerar vários tipos de células e estruturas do sistema digestivo, como enterócitos, células caliciformes e criptas. Os organoides intestinais podem ser derivados de CES, iPSCs ou células-tronco intestinais adultas e podem crescer até cinco milímetros de diâmetro. Eles podem ser usados para estudar o desenvolvimento, função e doenças intestinais, como doença inflamatória intestinal, câncer colorretal e doença celíaca. Eles também podem ser usados para testar a absorção e o metabolismo de medicamentos e nutrientes no intestino.
Organoides do fígado
Organoides hepáticos são modelos 3D do fígado que podem produzir vários tipos de células e funções do sistema hepático, como hepatócitos, ductos biliares e desintoxicação. Os organoides do fígado podem ser derivados de CES, iPSCs ou células-tronco do fígado adulto e podem crescer até um milímetro de diâmetro. Eles podem ser usados para estudar o desenvolvimento, função e doenças do fígado, como hepatite, cirrose e câncer de fígado. Eles também podem ser usados para testar a toxicidade e eficácia de medicamentos no fígado.
Como os organoides podem nos ajudar a tratar doenças em humanos?
Os organoides têm o potencial de revolucionar a pesquisa médica e oferecer uma nova esperança para pacientes com diversas doenças. Aqui estão algumas das maneiras pelas quais os organoides podem nos ajudar a tratar doenças em humanos:
- Os organoides podem fornecer um modelo de desenvolvimento e função de órgãos mais realista e relevante para o ser humano do que as tradicionais culturas de células 2D ou modelos animais. Isto pode ajudar-nos a compreender os mecanismos e as causas das doenças, bem como a descobrir novos biomarcadores e alvos para diagnóstico e terapia.
- Os organoides podem ser gerados a partir de células-tronco específicas do paciente, como as iPSCs, que podem capturar a diversidade genética e epigenética da população humana. Isto pode ajudar-nos a criar modelos personalizados e precisos de doenças, bem como a testar a resposta e a sensibilidade de pacientes individuais a diferentes medicamentos e tratamentos.
- Os organoides podem ser usados para rastrear e avaliar a segurança e a eficácia de novos medicamentos e compostos antes de serem testados em ensaios clínicos. Isto pode ajudar-nos a reduzir o custo e o tempo de desenvolvimento de medicamentos, bem como a evitar potenciais efeitos adversos e falhas em testes em humanos.
- Os organoides podem ser usados para projetar e transplantar tecidos e órgãos funcionais para a medicina regenerativa. Isso pode nos ajudar a restaurar ou substituir órgãos danificados ou doentes em pacientes, bem como evitar problemas de escassez e rejeição de órgãos.
Quais são algumas aplicações dos organoides?
Como vimos antes, organoides são culturas de tecidos 3D que podem imitar a estrutura e função de órgãos reais. Eles têm muitas aplicações em pesquisa biomédica, como:
- Estudar o desenvolvimento de órgãos e a morfogênese dos tecidos. Os organoides podem nos ajudar a entender como as células-tronco se auto-organizam e se diferenciam em vários tipos e estruturas celulares durante o desenvolvimento inicial. [6]
- Modelagem de doenças. Os organoides podem capturar a diversidade genética e fenotípica das doenças humanas e nos permitir examinar o papel de genes e vias específicas na patogênese da doença. [6] Por exemplo, organoides têm sido usados para modelar fibrose cística, Alzheimer e câncer. [6a, 7]
- Testar a sensibilidade e toxicidade dos medicamentos. Os organoides podem fornecer uma plataforma mais realista e relevante para o ser humano para triagem e avaliação da segurança e eficácia de novos medicamentos e compostos antes de serem testados em ensaios clínicos. Por exemplo, organoides têm sido usados para testar a infecção e a resposta imunológica do pulmão ao coronavírus. [6]
- Possivelmente formando tecidos complexos para transplante. Organoides podem ser usados para projetar e transplantar tecidos e órgãos funcionais para medicina regenerativa. Isso pode nos ajudar a restaurar ou substituir órgãos danificados ou doentes em pacientes e evitar problemas de escassez e rejeição de órgãos. [6] Por exemplo, organoides têm sido usados para gerar tecidos de retina, rim e fígado para transplante.
Estas são algumas das principais aplicações dos organoides, mas existem muitas mais em diferentes campos e domínios. Os organoides são considerados um dos avanços científicos mais significativos da última década e continuam a se tornar mais avançados e úteis ano após ano. Organoides são o futuro da medicina.
Como posso criar meu próprio organoide?
Criar seu próprio organoide não é mais ficção científica nem tampouco uma tarefa simples, pois requer equipamentos, materiais e habilidades especializadas. No entanto, aqui estão algumas etapas gerais que você pode seguir para ter uma ideia de como os organoides são feitos. [8]
- Primeiro, é necessário obter uma fonte de células estaminais, que são células que se podem dividir indefinidamente e produzir diferentes tipos de células como parte da sua descendência. Você pode usar células-tronco adultas específicas de órgãos (ASCs) ou células-tronco pluripotentes (PSCs), como células-tronco embrionárias (ESCs) ou células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs).
- Em segundo lugar, é necessário fornecer o ambiente e os sinais adequados para que as células estaminais se auto-organizem e se diferenciem no organoide de interesse. Você pode usar uma substância semelhante a um gel chamada Matrigel, que imita a matriz extracelular e apoia o crescimento e a sobrevivência das células. Você também pode adicionar fatores de crescimento e outras moléculas ao meio de cultura, o que pode influenciar o desenvolvimento e a função do organoide.
- Terceiro, é necessário monitorar e manter a cultura organoide, o que pode levar de alguns dias a alguns meses, dependendo do tipo e da fonte das células-tronco. Você precisa trocar o meio de cultura regularmente e pode precisar dividir ou passar os organoides para evitar superlotação ou morte celular. Você também pode usar diferentes métodos para moldar e projetar os organoides, como bioimpressão 3D, chips microfluídicos ou manipulação genética.
- Quarto, é necessário analisar e caracterizar o organoide, o que pode ser feito utilizando diversas técnicas, como microscopia, histologia, imunocoloração, expressão genética ou ensaios funcionais. Você pode comparar o organoide com o órgão nativo e avaliar sua semelhança e especificidade. Você também pode usar o organoide para estudar o desenvolvimento de órgãos, doenças e resposta a medicamentos.
Estas são algumas das etapas básicas envolvidas na criação do seu próprio organoide, mas há muitos mais detalhes e desafios que você precisa considerar. Se estiver interessado em aprender mais sobre esta tecnologia, você pode conferir alguns dos cursos e recursos online disponíveis clicando esta referência. [9]
Concluindo, os organoides são uma tecnologia fascinante e promissora que pode nos ajudar a compreender e tratar doenças humanas como nunca antes imaginado. Eles são pequenas culturas de tecidos 3D auto-organizadas que podem imitar a estrutura e a função de órgãos reais. Está revolucionando a investigação médica e oferece uma nova esperança aos pacientes com diversas doenças. Os organoides podem nos ajudar a estudar o desenvolvimento humano, as doenças e a resposta aos medicamentos de uma forma mais realista e relevante para o ser humano. Eles também podem nos ajudar a criar modelos personalizados e precisos de doenças, bem como a projetar e transplantar tecidos e órgãos funcionais para a medicina regenerativa. Os organoides são considerados um dos avanços científicos mais significativos da última década candidato em potencial para o Prêmio Nobel de Medicina e continuam a se tornar mais avançados e úteis ano após ano. Não há dúvidas que organoides são o futuro da medicina.
Referências:
[1]https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/bone-marrow-transplant/in-depth/stem-cells/art-20048117
[1a] What are organoids? – The Jackson Laboratory. https://www.jax.org/news-and-insights/2021/may/what-are-organoids
[2]https://hsci.harvard.edu/organoids
[2a] https://www.jax.org/news-and-insights/2021/may/what-are-organoids
[3] https://link.springer.com/article/10.1007/s00109-020-02025-3.
[4] https://link.springer.com/article/10.1007/s12015-023-10651-w.
[5] https://academic.oup.com/ibdjournal/article/29/9/1488/7140223.
[6] https://cytosmart.com/resources/resources/organoids-definition-culturing-methods-and-clinical-applications.
[6a] https://blog.crownbio.com/key-organoid-applications
[7] https://www.news-medical.net/life-sciences/Applications-of-Organoids.aspx.
[8]https://hsci.harvard.edu/organoidshttps://www.jax.org/news-and-insights/2021/may/what-are-organoids:
[9]https://cellculturedish.com/organoid-models-getting-started-and-culture-tips/
