Aula 12 - As células-tronco
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CEDERJ A refl exão teórica em relação com a prática cotidiana 49 A U LA 5 12aula OBJETIVOS As células-tronco Pré-requisitos Aula 4 de Biologia Celular I Aulas 5, 6, 7, 8, 9, 10 e 11 de Biologia Celular II. Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de: \u2022 Defi nir o que são as células-tronco. \u2022 Distinguir a origem e as características das células- tronco embrionárias e das células-tronco de adultos. \u2022 Defi nir totipotência, pluripotência e multipotência. \u2022 Descrever os processos de regeneração e renovação de células sanguíneas, musculares, epiteliais e nervosas. \u2022 Discutir as aplicações terapêuticas potenciais da manipulação de células-tronco, apontando suas limitações éticas e científi cas. CEDERJ50 Biologia Celular II | As células-tronco INTRODUÇÃO A aula de hoje é repleta de perguntas, muitas ainda sem resposta. Esperamos que ela seja instigante e aguce sua curiosidade e seu interesse pela Biologia Celular. Poucos assuntos têm gerado tanta polêmica nos dias de hoje quanto a descoberta das células-tronco. Sua potencial utilização na cura de lesões decorrentes de acidentes e enfermidades como câncer e mal de Alzheimer abre um fascinante leque de possibilidades. Por outro lado, aspectos éticos envolvendo a manipulação de embriões, a clonagem e outras questões delicadas também precisam ser bem analisados. Mas, afi nal, o que são células-tronco? Há apenas um tipo de célula-tronco? Como podem ser obtidas? Qual seu papel natural? Como seu potencial pode ser aproveitado para melhorar nossa vida? Antes de tomar partido, seja pró ou contra, conheça um pouco sobre este assunto. Por que as células-tronco receberam este nome? Em inglês elas são chamadas stem cells, e sua tradução literal para o português seria células estaminais (como de fato são chamadas em Portugal). Segundo o Dicionário Aurélio, signifi ca o eixo principal de uma planta, de onde partem as ramifi cações, e também o fi o da vida, como no caso de uma árvore genealógica em cujo tronco estão os ancestrais, e, nos ramos, as sucessivas gerações. Por seu papel iniciador de toda a proliferação e diferenciação celular, ambas as nomenclaturas são adequadas. O QUE SÃO CÉLULAS-TRONCO? As células-tronco são células não especializadas capazes de renovar-se continuamente. Quando uma célula-tronco se divide, as células-filhas tanto podem continuar sendo células-tronco quanto ingressar numa via de proliferação (novas divisões) e progressiva diferenciação, dando origem aos diversos tipos celulares que compõem o indivíduo (células cardíacas, pancreáticas, sangüíneas, neurônios etc.). Essa diferenciação passa por tipos celulares intermediários, também capazes de se multiplicar. Os tipos intermediários darão origem a um ou mais tipos celulares específi cos (Figura 12.1). CEDERJ 51 A U LA M Ó D U LO 3 1 2 Figura 12.1: Ao se dividir, uma célula-tronco tanto pode dar origem a outra célula-tronco quanto a tipos celulares mais diferenciados, mas também capazes de proliferar, tanto gerando células ainda pouco diferenciadas quanto células que resultarão num tipo específi co. A célula totalmente diferenciada não mais se divide. A partir dessa defi nição, a primeira conclusão a que se pode chegar é a de que o zigoto é uma célula-tronco. De fato, a partir do zigoto, têm origem todos os tipos celulares, mais ou menos diferenciados, que formam um organismo. Resta perguntar: em que ponto do desenvolvimento o zigoto ou as células dele resultantes deixam, ou não, de ser células-tronco? Qual o potencial de auto-replicação e de diferenciação de nossas células? TOTIPOTÊNCIA E PLURIPOTÊNCIA: AS CÉLULAS-TRONCO SÃO ONIPOTENTES? Por ser capaz de se diferenciar em qualquer outro tipo celular, o zigoto é chamado célula totipotente. Nos organismos já desenvolvidos, alguns tipos celulares conservam a capacidade de dividir-se e diferenciar- se, provendo a substituição de células cujo tempo de vida é curto, como as do sangue. Os tipos celulares que conservam a capacidade de diferenciar- se numa determinada gama de células são chamados pluripotentes. Já algumas células conservam a capacidade de se multiplicar, mas se diferenciam em apenas um tipo celular, como é o caso dos mioblastos, que permanecem como células-satélite em torno das fi bras musculares (veja Aula 11). Estas células são chamadas unipotentes. Para entender melhor esses conceitos, vamos acompanhar as primeiras etapas do desenvolvimento de um embrião de camundongo, muito semelhantes ao que ocorre com todos os mamíferos, inclusive nós. Tipo intermediário Célula diferenciadaCélula-tronco CEDERJ52 Biologia Celular II | As células-tronco ZIGOTOS: TOTIPOTENTES OU PLURIPOTENTES? Nos dias que se seguem à fertilização, o zigoto se divide até que, por volta do terceiro dia, consiste numa massa de 16 células (Figura 12.2). Inicia-se aí o processo de compactação, estabelecendo junções do tipo tight entre as células. Antes de atingir o estágio de compactação, as células podem ser separadas sem muita difi culdade. Se isso acontecer, espontânea ou artificialmente, dois organismos idênticos, porém independentes, se desenvolverão. Assim têm origem os gêmeos idênticos. Portanto, até atingir o estágio de mórula, as células do embrião são, de fato, totipotentes. As junções tight (de oclusão) isolam as células no interior da mórula, e outra fase se inicia. Com quatro dias de vida, uma cavidade se desenvolve no interior da mórula, convertendo-a num blastocisto. O blastocisto é uma esfera oca na qual uma camada de células forma a parede e é chamada trofoectoderma. Essas células darão origem à placenta, enquanto a massa de células em seu interior dará origem ao embrião propriamente dito e outros anexos embrionários, como o saco vitelino. Por não serem capazes de dar origem à placenta, as células do blastocisto são consideradas, por parte dos pesquisadores, como \u201capenas\u201d pluripotentes; entretanto, elas possuem potencialidade para dar origem a todas as células que compõem o animal, inclusive os gametas. Figura 12.2: Primeiras etapas do desenvolvimento de um zigoto de camundongo. Até o estágio de mórula, todas as células são totipotentes, mas a partir da formação do blastocisto já existem dois tipos celulares distintos. A zona pelúcida é uma camada protetora que envolve o ovo fecundado, desempenhando papel análogo ao da matriz extracelular. Óvulo fertilizado (zigoto) 1 ½ dia 2 células 2 ½ dias mórula de 8 células 3 dias 16 células 4 dias blastocisto visto em corte Zona pelúcida Pronúcleos materno e paterno Massa interna de células Trofoectoderma corpo polar compactação CEDERJ 53 A U LA M Ó D U LO 3 1 2 Bem, como você pode perceber, essa questão de pluripotência ou totipotência é sutil, e não chega a ter grande importância no contexto da nossa disciplina. O fato é que as culturas formadas por células retiradas da massa interna do blastocisto conservam a capacidade de proliferar indefi nidamente e manter seu potencial de diferenciar-se, ou não, em qualquer um dos tipos celulares que compõem um indivíduo. Essas características defi nem as células-tronco embrionárias. CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS Quando células da massa interna de um blastocisto são implantadas sob a pele de um camundongo nude (veja o boxe), desenvolve-se uma massa tumoral chamada teratoma. Nesse tumor coexistem células que permanecem indiferenciadas e células diferenciadas dos mais diversos tipos (glandulares, epiteliais, ósseas, musculares etc.), embora sem nenhuma organização funcional. Os camundongos