Quantidade de água em células estaminais pode determinar o seu destino como gordura ou osso

O estudo é o primeiro a encontrar o volume celular pode influenciar o papel futuro das células-tronco, independentemente do ambiente

Resumo: A adição ou remoção de água de uma célula-tronco pode alterar o destino da célula para células pré-gorduras ou células pré-ósseas, descobriram os pesquisadores em um novo estudo.

A adição ou remoção de água de uma célula-tronco pode mudar o destino da célula, descobriram os pesquisadores em um novo estudo publicado nos Procedimentos da Academia Nacional de Ciênciasdos Estados Unidos da América (PNAS).


A pesquisa descobriu que alterar o volume de uma célula mudou sua dinâmica interna, incluindo a rigidez da matriz que reveste a superfície externa. Em células estaminais, a remoção de água condensa a célula, influenciando as células-tronco para se tornarem células pré-ósseas rígidas, enquanto a adição de água faz com que as células se inundem, formando células macias pré-gordas.


Os pesquisadores entenderam há muito tempo que as células-tronco são influenciadas pelas células ao seu redor, escolhendo pistas sobre o que sua função deve basear-se na rigidez das matrizes das células vizinhas.


Os resultados, no entanto, confirmam que a natureza desempenha um papel tão importante quanto o desenvolvimento e desenvolvimento de células-tronco.


"As descobertas deste estudo adicionam uma nova ferramenta fascinante para a nossa compreensão e utilização da biologia de células estaminais para a medicina regenerativa", diz Praveen Arany, DDS, PhD, co-autor e professor assistente do Departamento de Biologia Oral da Universidade de Buffalo Escola de Medicina Dental.


O estudo foi liderado por Ming Guo, PhD, d'Arbeloff Professor Assistente do Departamento de Engenharia Mecânica do Massachusetts Institute of Technology; e David Weitz, PhD, Mallinckrodt Professor de Física e de Física Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson na Universidade de Harvard.


"Pela primeira vez, estamos começando a entender a importância do volume celular e do teor de água celular nas propriedades mecânicas e funções fisiológicas das células", diz Guo, que iniciou a pesquisa como estudante de pós-graduação no laboratório de Weitz em Harvard.


A linha entre o osso e a gordura


A pesquisa originalmente procurou entender os efeitos do volume nas características e funções de uma célula. O volume celular é altamente regulado e muda frequentemente ao longo da vida de uma célula, aumentando à medida que a célula cresce e diminui quando se divide.


Essas mudanças no volume são resultado de variações na quantidade de proteína, DNA e outros materiais dentro da célula, embora eles permaneçam permanentemente constantes. Mas as células também podem experimentar mudanças rápidas e extremas em tamanho e densidade através da absorção ou liberação de água, espalhando ou encolhendo em apenas 20 minutos.


Ao aumentar ou diminuir o volume de células em 20 por cento, os pesquisadores descobriram que as células experimentaram várias mudanças internas, inclusive na expressão gênica e rigidez.


Sabendo o papel que a rigidez celular desempenha no desenvolvimento de células-tronco, os pesquisadores começaram a se perguntar se o volume celular poderia afetar seu destino também.


Para testar a premissa, os pesquisadores colocaram células-tronco em seu volume normal em um substrato de hidrogênio endurecido para simular a rigidez das células ósseas. Após uma semana, uma grande porção de células-tronco desenvolveu-se em células pré-ósseas.


O experimento foi repetido com um substrato de hidrogel amaciado. No ambiente mais suave, houve uma diminuição significativa no número de células estaminais que se tornaram células pré-ósseas. No entanto, quando a água foi removida das células para diminuir seu volume em 20 por cento, o número de células-tronco que se tornaram células pré-ósseas aumentou, apesar de estar no substrato mais macio.


Um experimento similar foi realizado usando vidro. Os pesquisadores colocaram células-tronco no vidro para simular um ambiente mais rígido e descobriram que poucas células se desenvolveram em células pré-gordas. Não foi até que o volume das células-tronco tenha sido aumentado em 20 por cento que um pico na formação de células de gordura foi encontrado.


Os pesquisadores descobriram que mudar o volume das células faz com que se comportassem de forma semelhante à que estavam sob pressões ambientais.


"A coisa surpreendente sobre esses experimentos é a observação de que o volume parece estar relacionado tanto com a célula. Parece ditar a rigidez celular, bem como o destino da célula", diz Weitz, também membro do corpo docente do Instituto Wyss para Engenharia de Inspeção Biológica e diretor do Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais de Harvard.


"Essas observações também podem ter implicações nos meios externos de monitoramento do destino das células, o que pode ser importante para futuras aplicações de biotecnologia".


Estudos futuros são necessários para examinar os efeitos de mudanças variadas no volume, bem como se o volume celular ou as pistas externas são o fator dominante no destino das células-tronco.


O futuro da medicina regenerativa


As células estaminais ficam na vanguarda da medicina regenerativa, proporcionando aos pesquisadores e clínicos o potencial de reparar ou substituir tecido e órgãos danificados.


Com a capacidade de se desenvolver em qualquer tipo de célula especializada - de uma célula muscular a um sangue vermelho ou célula cerebral - as células estaminais possuem potencial para tratar várias doenças e condições, desde a doença cardíaca até a perda dentária. O transplante de medula óssea, uma forma de terapia com células-tronco, já está em uso generalizado.


As células estaminais também podem ajudar no desenvolvimento de fármacos e na compreensão de como ocorrem câncer e defeitos congênitos.


Aprender o que causa a diferenciação entre essas células ajudará os pesquisadores a gerar métodos que influenciem seu comportamento e, em última instância, desenvolver novas terapias.


Além de pistas físicas, como a rigidez ou volume das células, a diferenciação das células-tronco pode ser influenciada por vários fatores biológicos, medicamentos ou agentes biofísicos, como a luz, o ultra-som e as radiofrequências.




Fonte do relato:


Materiais fornecidos pela Universidade de Buffalo . Original escrito por Marcene Robinson. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e comprimento.




Referência de revista :
Ming Guo, Adrian F. Pegoraro, Angelo Mao, Enhua H. Zhou, Praveen R. Arany, Yulong Han, Dylan T. Burnette, Mikkel H. Jensen, Karen E. Kasza, Jeffrey R. Moore, Frederick C. Mackintosh, Jeffrey J. Fredberg, David J. Mooney, Jennifer Lippincott-Schwartz e David A. Weitz. A mudança do volume celular através do efluxo da água afeta a rigidez das células e o d
1. estino das células-tronco . PNAS , setembro de 2017 DOI: 10.1073 / pnas.1705179114