Mini corações, pulmões e fígados feitos em laboratório agora cultivam seus próprios vasos sanguíneos

Pesquisadores estão criando mini-órgãos cada vez mais sofisticados em laboratório — e agora os organoides podem desenvolver seus próprios vasos sanguíneos. As estruturas, que imitam o coração, o fígado, os pulmões e o intestino, são alguns dos modelos mais complexos de desenvolvimento humano já criados e contêm populações celulares e estruturas nunca vistas antes nesses modelos.

“A vascularização de organoides é um tema quente”, diz Ryuji Morizane, nefrologista e biólogo de células-tronco no Hospital Geral de Massachusetts, em Boston.

Estruturas celulares tridimensionais em miniatura, chamadas organoides, têm sido usadas há muitos anos para testar medicamentos e estudar doenças e desenvolvimento. Mas a maioria dos organoides não possui os vasos que transportam sangue, nutrientes e oxigênio por todo o corpo, o que limita seu tamanho, função e capacidade de maturação. Os rins, por exemplo, precisam de vasos para filtrar o sangue e produzir urina, e os pulmões precisam deles para trocar oxigênio e dióxido de carbono.

No mês passado, nas edições Science ¹ e Cell ² , duas equipes distintas relataram a criação de organoides vascularizados usando uma nova abordagem que cultiva organoides com vasos desde os estágios iniciais. Começando com células-tronco pluripotentes, que podem se transformar em quase qualquer tipo de célula do corpo, os pesquisadores induziram as células a formar vasos enquanto produziam os demais tecidos do órgão.

Os modelos “mostram realmente o poder desta estratégia”, diz Oscar Abilez, biólogo de células-tronco da Universidade de Stanford, na Califórnia, que foi coautor do artigo que descreve organoides do coração e do fígado ¹ .

Trabalho inicial

As primeiras tentativas de vascularizar organoides envolveram o cultivo de tecido vascular sanguíneo em uma placa de vidro e, em seguida, a combinação com outros tipos de células para formar “assembloides” ³ . Mas esses modelos ainda eram limitados em sua capacidade de imitar a estrutura e a maturidade de órgãos reais.

Pesquisadores descobriram a nova abordagem por acidente. Ao cultivar células epiteliais, que formam o revestimento externo de alguns órgãos e tecidos, várias equipes de pesquisa, incluindo um grupo da Universidade de Michigan, em Ann Arbor, relataram ^que seus organoides também formaram espontaneamente células não epiteliais de um tipo que reveste os vasos sanguíneos. Essas células são normalmente vistas como “contaminantes” a serem eliminados, mas o grupo de Ann Arbor tentou amplificar essa contaminação em organoides intestinais.

Aproveitando a descoberta surpreendente de outros grupos, Yifei Miao, biólogo de células-tronco do Instituto de Zoologia da Academia Chinesa de Ciências em Pequim, e seus colegas decidiram ver se conseguiriam controlar o crescimento simultâneo de ambos os tipos de células — células epiteliais e células dos vasos sanguíneos — na mesma placa, começando com organoides pulmonares e intestinais.

Mas, no início do desenvolvimento, as células epiteliais e vasculares requerem gatilhos moleculares opostos para crescer. “Você pode preservar um ou outro, então, naturalmente, eles não poderiam crescer juntos”, diz Miao. Ele e seus colegas descobriram uma maneira de cronometrar a dosagem de um coquetel de moléculas para desencadear a formação de ambos os tipos de tecido simultaneamente a partir de células-tronco ² .

Corações e pulmões

Os organoides pulmonares resultantes, quando transplantados para modelos murinos, amadureceram em uma variedade de tipos celulares, incluindo células únicas encontradas nos alvéolos, sacos nos quais ocorrem as trocas gasosas. Quando os pesquisadores transplantaram as células para uma estrutura tridimensional, elas formaram espontaneamente estruturas que se assemelhavam a sacos alveolares, sugerindo que a presença de células dos vasos sanguíneos permitiu que os organoides formassem um tecido complexo com diversos tipos celulares. “Achei isso muito interessante”, diz Josef Penninger, engenheiro genético do Centro Helmholtz de Pesquisa em Infecções em Braunschweig, Alemanha. A equipe utilizou um método semelhante para produzir organoides intestinais com células dos vasos sanguíneos.

Abilez utilizou uma abordagem semelhante para cultivar mini corações em uma placa de vidro, e os organoides formaram células típicas de músculos, vasos sanguíneos e até nervos. Os vasos se ramificaram em tubos muito finos que penetraram os vários tipos de células encontrados no coração primitivo. O uso dessa abordagem para criar organoides de fígado também produziu muitas células de vasos sanguíneos que formaram ramificações finas.

Mas esses organoides ainda representam apenas os estágios iniciais do desenvolvimento fetal. Em última análise, diz Penninger, tanto os assembloides quanto o co-crescimento serão necessários para criar organoides que funcionem como os reais. Para que isso aconteça, os pesquisadores precisam cultivar vasos sanguíneos maiores, juntamente com todos os tecidos e estruturas de suporte necessários, bem como os vasos complementares do sistema linfático, que transporta fluidos para dentro dos órgãos e os detritos para fora, diz ele. E uma vez que os vasos sanguíneos estejam presentes, o próximo desafio será abrir a torneira para usá-los na circulação sanguínea, diz Penninger. É uma “área muito interessante”.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-02183-9

Fonte: Nature