Simular para entender: uso de organoides no desenvolvimento de dentes

Por Michelle Tillmann Biz – Dpto. de Ciências Morfológicas / UFSC

O uso de organoides tem sido uma ferramenta muito útil para o entendimento do processo de desenvolvimento natural de doenças ou no estabelecimento de terapias regenerativas. Seu uso na ciência é tão importante que já mereceu destaque aqui no Cientistas Descobriram Que… (acesse clicando aqui). De forma sucinta, organoides são estruturas tridimensionais formadas a partir de células-tronco humanas (ou células progenitoras). Essas células são cultivadas em condições de indução para a diferenciação e arranjo celular, resultando em um órgão substituto de laboratório (in vitro) com uma semelhança com o próprio órgão do ser humano (in vivo).

A utilização mais comum dos organoides é a substituição de parte de órgãos lesionados, mas também são utilizados no estudo do processo de desenvolvimento natural e de doenças relacionadas a esse desenvolvimento. Muitos modelos de organoides já foram desenvolvidos: intestino, estômago, fígado, próstata, cérebro. Mais recentemente, os Cientistas Descobriram Que… é possível criar um organoide de dente humano simulando o seu estágio inicial de desenvolvimento.

Antes de começar a descrever como os cientistas conseguiram esse feito, precisamos entender como ocorre o desenvolvimento natural de um dente em seu estágio inicial. Primeiro, logo abaixo da camada de tecido que recobre nossa cavidade oral (chamada de epitélio oral), exatamente no local onde o dente irá desenvolver-se, ocorre um agrupamento de células (chamadas mesenquimais). Esse processo de agrupamento é chamado de condensação mesenquimal e é muito importante no processo de formação dos órgãos (organogênese). Uma vez condensadas, as células mesenquimais passam a estimular as células do epitélio oral que estão acima delas a invaginarem em direção às células mesenquimais (veja este momento acontecendo na imagem A da figura 1). Este processo chama-se interação epitélio-mesênquima. O dente irá desenvolver-se em meio a essa interação, tendo estruturas que serão derivadas das células epiteliais (por exemplo, o esmalte dental) e estruturas derivadas das células mesenquimais (por exemplo, a dentina, a polpa, o cemento dental). Então, para termos um dente desenvolvendo-se precisamos não só destes dois tipos celulares, mas também da interação entre eles. A figura 1 representa este momento de desenvolvimento. Em A, vemos a condensação mesenquimal ocorrendo e provocando a invaginação epitelial em direção às células mesenquimais. Esta fase do desenvolvimento do dente chama-se fase de botão, pois a morfologia do germe em três dimensões se assemelha a um botão de rosa. Já em B, notamos que a invaginação epitelial passa agora a abraçar lateralmente as células mesenquimais, o que aos poucos provoca um leve achatamento no centro do que era o botão epitelial. Em C, visualizamos como a invasão das células epiteliais ocorreu lateralmente envolvendo as células mesenquimais. Esta fase é chamada de fase de capuz, pois a porção epitelial em três dimensões estará se assemelhando literalmente a um capuz. Nessa fase, o conjunto de células epiteliais em forma de capuz e de células mesenquimais condensadas dentro e ao redor do capuz epitelial já  é chamado de germe dentário.

Figura 1: Sequencia temporal de cortes histológicos demonstrando a fase inicial do desenvolvimento dos dentes, onde ocorrerá a condensação mesenquimal e a invaginação epitelial, resultado de uma interação epitélio-mesênquima. (A) fase de botão; (B) fase intermediária entre botão e capuz; (C) fase de capuz.

Pois bem, os cientistas recriaram este momento do desenvolvimento. E como fizeram isso? Eles isolaram células tronco da polpa dental de terceiros molares humanos extraídos (células mesenquimais) e cultivaram essas células em condições ideais para que a condensação mesenquimal ocorresse. Após 12 horas já foi observado que as células estavam agregadas em uma formação tridimensional. Posteriormente, os cientistas adicionaram a esta cultura células epiteliais gengivais humanas, chamadas de queratinócitos. As células foram mantidas em condições específicas de uma co-cultura (cultura de dois tipos celulares), com meio contendo todos os nutrientes necessários para a sobrevivência dessas células (meio suplementado) para permitir que os dois tipos celulares se desenvolvessem. Para melhor diferenciar os tipos celulares, utilizaram ainda um corante fluorescente para cada tipo celular: células mesenquimais foram marcadas em verde fluorescente (eGFP), enquanto as células epiteliais foram marcadas com vermelho fluorescente (CellTRacker Red). Assim, utilizando microscópio de fluorescência, conseguiram rastrear e identificar cada tipo de célula, separadamente e em conjunto. As células foram mantidas em cultura e analisadas em microscópio (histologicamente) e em relação as suas características moleculares (molecularmente) em diferentes períodos.

Após três semanas de co-cultura tridimensional, foi possível verificar que os dois grupos celulares estavam muito próximos entre si, havendo duas camadas distintas de células (epiteliais e mesenquimais), sendo que alguns queratinócitos já estavam em um processo de invaginação para o interior das células mesenquimais condensadas (estágio necessário para a formação do botão). Mas foi em quatro semanas que observaram efetivamente as células epiteliais invadindo localmente em direção à massa de células mesenquimais formando um grupo de células epiteliais no interior das células mesenquimais (a semelhança do que vemos na imagem A da figura 1), refletindo, assim, a capacidade de interação dessas células tal qual ocorre no desenvolvimento inicial de um dente. Ainda, as análises de biologia molecular demonstraram que neste modelo houve a ativação de vias de sinalização que estão relacionadas com o desenvolvimento do dente humano.

E como este organoide pode nos ajudar? Primeiro por ser um bom modelo de estudos do desenvolvimento inicial do dente, enriquecendo o arsenal de ferramentas de estudo a disposição para além dos modelos animais; segundo, por propiciar o uso de ferramentas moleculares mais específicas, por exemplo, quando se deseja bloquear alguma proteína para descobrir seu papel no processo de desenvolvimento, o que em alguns modelos animais quando se trata de proteínas vitais pode ser um pouco mais difícil, senão impossível; e por fim, quem sabe um dia poderá ser a ferramenta que irá permitir o desenvolvimento de dentes humanos completos (mas este é assunto que merece um capítulo à parte).

Para saber mais, acesse os textos abaixo:

Organoides, muito mais que apenas órgãos em miniatura!

Por Ricardo Castilho Garcez                                                                                                  
Dpto. de Biologia Celular, Embriologia e Genética – UFSC

Os organoides são estruturas tridimensionais, derivadas de células tronco ou progenitores. Durante a formação de um organoide, as células se auto-organizam assumindo uma citoarquitetura muito semelhante à encontrada no tecido original. Atualmente, os cientistas já são capazes de produzir organoides de praticamente todos os tecidos humanos. Para produção da maioria dos organoides são utilizadas células de pluripotência induzida – iPSC (iPSC podem realmente ajudar a tratar doenças?) ou células tronco.Apesar de parecer recente, a ideia de produzir órgãos em miniatura já vem de longa data. Em 1975, os pesquisadores Continuar lendo