Equipe desenvolve sistema de ‘aldeia em um prato’ para transformar a pesquisa com células-tronco

Estudar amostras de células-tronco de centenas de indivíduos na mesma placa de cultura, usando um método desenvolvido no Garvan Institute of Medical Research, pode ter um potencial transformador para tratamentos personalizados e o estudo de características humanas complexas.

As células-tronco podem se desenvolver em muitos tipos diferentes de células no corpo e permitir que os cientistas estudem doenças e testem drogas em células humanas. Um grande obstáculo, porém, é a despesa e o tempo necessários, uma vez que esses estudos exigem amostras de centenas – ou mesmo milhares – de doadores.

O sistema inovador de “aldeia em um prato” da equipe Garvan pode acelerar essa pesquisa ao cultivar e estudar células-tronco de um grande número de doadores simultaneamente, no mesmo prato de cultura, tornando os estudos até 100 vezes mais eficientes.

“Nosso modelo de aldeia fornece uma maneira poderosa de entender como as diferenças genéticas entre as pessoas influenciam a saúde e a doença”, diz o professor Joseph Powell, diretor de ciências celulares do Garvan Institute, diretor do UNSW Cellular Genomics Futures Institute e autor sênior do estudo. “Embora compartilhemos a maior parte do nosso DNA, as variações em nossos genes levam a características e respostas únicas. O sistema da aldeia captura essa diversidade em grande escala, revelando como as diferenças genéticas entre as pessoas afetam os complexos mecanismos subjacentes à biologia e às doenças.”

Estudos anteriores em genômica populacional contaram com uma técnica chamada sequenciamento de RNA em massa para avaliar a expressão gênica, que calcula a média da expressão variada de diferentes tipos de células em uma única medida. Isso mascara possíveis diferenças entre células individuais ou tipos de células e pode fornecer uma visão incompleta ou tendenciosa da expressão gênica na amostra, podendo levar a conclusões imprecisas ou enganosas.

Para superar esses desafios, os pesquisadores desenvolveram a abordagem de “aldeia”, em que células-tronco de vários doadores são cultivadas em uma única placa e analisadas usando uma técnica chamada sequenciamento de célula única. Suas descobertas mostram que o método mantém as principais características das culturas individuais. Isso fornece uma solução eficiente para dimensionar experimentos para os grandes tamanhos de amostra necessários para fornecer um instantâneo preciso da população.

Um cenário poderoso para o estudo da biologia humana

O método da aldeia em um prato permite estudos em larga escala de sistemas de órgãos humanos que normalmente são inacessíveis. A geração de células específicas de órgãos de muitos indivíduos elimina a necessidade de obter amostras de tecidos vivos desses órgãos de doadores e supera as limitações de estudar apenas algumas células de indivíduos. Por exemplo, poderia revelar informações sobre condições cardíacas ao gerar células cardíacas de milhares de pessoas, o que seria impossível com a amostragem direta de tecidos.

“A pesquisa médica geralmente depende de modelos animais, que não são proxies fisiológicos perfeitos para humanos. Células-tronco pluripotentes induzidas, que podem ser geradas a partir de uma amostra de sangue do paciente, fornecem o perfil de DNA completo do paciente e podem ser diferenciadas em quase qualquer célula tipo no corpo humano. Do ponto de vista da ciência básica, o sistema baseado em células-tronco é um meio poderoso para obter insights sobre a relação entre a genética humana e a biologia que não podem ser alcançadas com modelos animais”, diz o professor Powell.

Do prato de cultura à clínica

Este método permitirá ensaios clínicos acelerados para prever como grupos de pacientes podem responder aos medicamentos, permitindo a descoberta de novos tratamentos.

“O potencial translacional desta pesquisa é particularmente atraente. Ao estudar células de muitos indivíduos ao mesmo tempo, podemos identificar fatores genéticos que influenciam a doença e a resposta ao tratamento em uma escala sem precedentes”, diz Dr. Drew Neavin, primeiro autor do artigo e pós-doutorado cientista em Garvan.

“Um exemplo é avaliar a toxicidade cardíaca ou o acúmulo de corpos de Lewy na doença de Parkinson em centenas de linhagens de células derivadas de pacientes. Em vez de refletir indivíduos individuais, esses estudos revelariam respostas compartilhadas e distintas entre grupos genéticos. Os insights poderiam então informar ensaios clínicos por pré-selecionar populações de pacientes com probabilidade de se beneficiar. No geral, essa abordagem pode transformar nossa capacidade de traduzir a ciência das células-tronco em tratamentos de precisão”, diz Neavin.

O estudo foi publicado na revista Natureza Comunicações.

Faz parte de um grande corpo de trabalho colaborativo na interseção de genômica populacional e pesquisa com células-tronco, com parceiros de pesquisa da Universidade de Queensland, da Universidade de Melbourne e do Menzies Institute.

“Estamos ansiosos para ver como nosso sistema de aldeia é usado para obter insights sem precedentes sobre a base genética de características e doenças complexas, traduzindo-se em diagnósticos precisos, tratamentos personalizados e melhor saúde para todos”, disse o professor Powell.