O que são células-tronco?

As células-tronco pertencem a uma classe de células indiferenciadas, que são capazes de se transformarem em tipos de células especializadas. Normalmente, as células-tronco vêm de duas fontes principais:

  1. Embriões formados na fase de blastocistos do desenvolvimento embriológico (células estaminais embrionárias) e
  2. Do tecido adulto (células-tronco adultas).

Os dois tipos geralmente possuem como característica principal a forma como podem se transformar em diversos tipos de células (como pele, músculo, osso, etc.).

Células-tronco adultas

As células estaminais adultas ou somáticas estão presentes em todo o corpo, após o desenvolvimento embrionário e estão dentro de diferentes tipos de tecido. Estas células-tronco são encontradas em tecidos como o cérebro, medula óssea, sangue, vasos sanguíneos, músculos esqueléticos, pele e fígado. Elas permanecem geralmente em estado quiescente, ou não dividido por anos, até serem ativados por doença ou alguma lesão tecidual.

O que são células-tronco

As células-tronco adultas podem se separar ou se auto-renovar de forma indefinidamente, permitindo assim gerar uma gama de tipos de células do órgão de origem igual ou mesmo regenerar todo o órgão original. Geralmente, acredita-se que as células-tronco adultas são limitadas na capacidade de se diferenciar, com base em seu tecido de origem, mas há algumas evidências que indicam que elas podem se diferenciar, para se tornarem outros tipos de células.

Células estaminais embrionárias

As células estaminais embrionárias são obtidas de um embrião humano de quatro ou cinco dias, que está ainda na fase de desenvolvimento de blastocistos. Os embriões geralmente são obtidos em clínicas de FIV (fertilização in vitro), onde se encontra vários ovos que são fertilizados em um tubo de ensaio, mas apenas um é implantado em uma mulher de fato.

A reprodução sexual se inicia quando o esperma de um homem de fto fertiliza o óvulo de uma mulher (ovo) para assim formar uma única célula chamada zigoto. A célula zigoto única inicia então uma série de divisões, formando 2, 4, 8, 16 células, e assim por diante. Após quatro a seis dias – antes da implantação de fato no útero – esta massa de células é denominada de blastocisto. O blastocisto é formado em uma massa celular interna (embrioblastos), e uma massa celular externa (trofoblasto). A massa celular externa torna-se nessa fase parte da placenta, e a massa celular interna se torna o grupo de células que se diferenciará, para se tornar todas as estruturas de um organismo adulto. Esta última massa é onde se encontra as células estaminais embrionárias – as células totipotentes (células com potencial total para se desenvolverem em qualquer célula do corpo).

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Durante uma gravidez normal, o estágio de blastocisto vai até a implantação do embrião no útero, momento em que o embrião é chamado de feto. Esse fato geralmente ocorre no final da 10ª semana de gestação, após todos os principais órgãos do corpo terem sido criados.

Porém, em alguns casos, ao extrair as células estaminais embrionárias, o nível de blastocisto indica que momento isolar células estaminais colocando a “massa celular interna” do blastocisto em um prato de analise contendo um líquido rico em nutrientes. Quando falta a estimulação necessária para se diferenciar, eles iniciam um processo de divisão e replicação, mantendo assim sua capacidade de se tornar qualquer tipo de célula no corpo humano. Mais tarde, essas células indiferenciadas podem ser estimuladas para criar células especializadas.

Culturas de células-tronco

As células estaminais do tecido adulto ou de um zigoto são separadas em um prato de cultura. Uma vez extraídos, os cientistas adicionam as células em uma cultura controlada, que as proíbe de se especializar ou de se diferenciar, mas geralmente permite dividir e replicar. O processo de crescimento de um grande número de células estaminais embrionárias tem sido mais bem sucedido do que o crescimento de um grande número de células estaminais adultas, mas progressos estão sendo feito em ambos os tipos celulares.

O que são células-tronco

Linhas de células-tronco

Uma vez que as células estaminais são incentivadas a dividir e se propagar em uma cultura controlada, a coletagem de células saudáveis, divisórias e indiferenciadas é chamada de linhagem de células-tronco. Essas linhas de células estaminais são posteriormente controladas e compartilhadas entre os pesquisadores. Uma vez sob controle, as células-tronco podem ainda ser estimuladas a se especializarem conforme necessidade do pesquisador – um processo conhecido como diferenciação direcionada. As células estaminais embrionárias podem se diferenciar em mais tipos de células do que células-tronco adultas.

Potência

As células-tronco são divididas pelo seu potencial para se diferenciar em outros tipos de células. As células estaminais embrionárias são sempre as mais potentes, uma vez que podem se tornar todos os tipos de células existentes no corpo. A classificação completa inclui:

  • Totipotente – a capacidade de se diferenciar em todos os tipos de células existentes. Exemplos são o zigoto formado na adubação do ovo e nas primeiras células que resultam da divisão do zigoto.
  • Pluripotente – a capacidade de se distinguir em quase todos os tipos de células. Os exemplos incluem também células estaminais embrionárias e células que são derivadas das camadas da mesoderma, endoderma e do ectodermo, que são formadas nos primeiros estágios da diferenciação de células-tronco embrionárias.
  • Multipotente – a capacidade de se diferenciar em uma família de células intimamente relacionada. Os exemplos incluem também células-tronco hematopoiéticas (adultas) que podem virar células vermelhas e brancas ou plaquetas.
  • Oligopotente – a capacidade de se distinguir em algumas células. Os exemplos incluem pilhas linfóides (adultas) linfóides ou mesmo mielóides.
  • Unipotente – a capacidade de produzir exclusivamente células de seu próprio tipo, mas tem a propriedade de auto-renovação necessária para ser rotulada como uma célula-tronco. Os exemplos também incluem células-tronco musculares (adultas).

As células estaminais embrionárias são ditas serem pluripotentes, em vez de totipotentes, porque não têm a capacidade de se tornar parte das membranas extra-embrionárias ou da placenta.

 

Identificação de células-tronco

Embora não haja um acordo estabelecido e totalmente aceito entre os cientistas de como identificar células-tronco, a grande parte dos testes são baseados em garantir que as células-tronco continuem indiferenciadas e capazes de auto-renovação. Os testes são quase sempre realizados no laboratório para analisar essas propriedades.

Uma maneira de identificar células-tronco em um laboratório, e o procedimento padrão para testar medula óssea ou células-tronco hematopoiéticas (HSC) é transplante uma célula para salvar um indivíduo sem HSCs. Se a célula-tronco produz novo sangue e células imunes, demonstra sua potência.

Os ensaios clonogênicos (um procedimento comum de laboratório) também podem ser feitos in vitro para analisar se células únicas podem se diferenciar e auto-renovar. Os pesquisadores também podem analisar as células no microscópio para ver se são saudáveis ​​e indiferenciadas ou podem examinar os cromossomos.

Para analisar se as células estaminais embrionárias humanas são pluripotentes, os cientistas autorizem que as células se diferenciem espontaneamente dentro na cultura de células, manipulem as células para que elas se diferenciem para formar tipos de células específicas ou injetem as células em um mouse imunossuprimido para testar a formação de um teratoma (um tumor benigno contendo uma mistura de células diferenciadas).

Pesquisa com células-tronco

Cientistas e pesquisadores estão interessados ​​em células-tronco por diversos motivos. Embora as células-tronco não atendam a nenhuma função, muitos têm a capacidade de suprir qualquer função depois de serem instruídos para se especializarem. Cada célula do corpo, por exemplo, é derivada das primeiras células estaminais formadas nos estágios iniciais do desenvolvimento embriológico. Portanto, células-tronco retiradas de embriões podem ser induzidas a se tornar qualquer tipo de célula desejada. Esta propriedade torna as células-tronco suficientemente poderosas para regenerar o tecido danificado nas condições adequadas.

Regeneração de órgãos e tecidos

A regeneração dos tecidos é sem dúvida a aplicação mais importante possível da pesquisa que utiliza células-tronco. Atualmente, os órgãos devem ser doados e transplantados, mas a demanda por órgãos excede em muito toda oferta. As células estaminais poderiam ser usadas para cultivar um tipo especifico ou tecido particular, se dirigido a se diferenciar de uma determinada maneira instruida. As células estaminais que se encontram abaixo da pele, por exemplo, foram usadas para formulação de novos tecidos de pele, que podem ser enxertados para vítimas de queimaduras.

Tratamento de doenças cardiovasculares

Uma equipe de pesquisadores do Massachusetts General Hospital indicou na PNAS Early Edition ( edição de julho de 2013) que eles foram capazes de desenvolver vasos sanguíneos em ratos de laboratório usando células-tronco humanas .

Os cientistas extraíram algumas células precursoras vasculares derivadas de células-tronco pluripotentes, instruídas por humanos de um grupo de adultos com diabetes tipo 1, bem como de outro grupo de adultos “saudáveis”. Eles foram então implantados na superfície do cérebro dos camundongos.

Dentro de 14 dias após a implantação das células estaminais, foram desenvolvidas redes de vasos perfundidos pelo sangue, que viveram por 280 dias. Estes novos vasos sanguíneos eram tão bons quanto os naturais em comparação.

Os autores afirmam que o uso de células-tronco para reparar ou regenerar os vasos sanguíneos poderia eventualmente ajudar a tratar pacientes humanos com doenças cardiovasculares e vasculares.

Tratamento de doenças cerebrais

Além disso, as células e os tecidos de reposição podem ser usados ​​ainda para tratar doenças cerebrais, como Parkinson e Alzheimer, reforçando o tecido danificado, trazendo de volta ao funcionamento as células cerebrais especializadas que impedem a movimentação de músculos desnecessários. As células estaminais embrionárias foram recentemente instruídas para se diferenciar nesses tipos de células, e os tratamentos são promissores.

Terapia de deficiência celular

Células de coração saudáveis ​​instruídas em laboratório podem ser transplantadas em pacientes com doença cardíaca, preenchendo o coração com tecido saudável. Da mesma forma, pessoas que sofrem com diabetes tipo I podem ter ainda ajuda das células pancreáticas para substituir as células produtoras de insulina que foram destruídas pelo próprio sistema imunológico do paciente. A única terapia atualmente é um transplante pancreático, e é improvável que ocorra devido a uma pequena quantidade de pâncreas disponíveis para o transplante.

Tratamento da doença do sangue

As células estaminais hematopoiéticas adultas encontradas no sangue e na medula óssea também já foram usadas há anos para tratar doenças como leucemia, anemia falciforme e outras imunodeficiências. Essas células também são capazes de reproduzir todos os tipos de células sanguíneas, como os glóbulos vermelhos que levam o oxigênio para os glóbulos brancos que combatem as doenças. No entanto, células tronco hematopoiéticas também foram achadas no cordão umbilical e placenta. Isso levou alguns cientistas a solicitar a organização de um banco de sangue do cordão umbilical para tornar essas células poderosas mais facilmente disponíveis e diminuir as chances de uma terapia de rejeição do corpo.

Descoberta científica geral

A pesquisa feita com células-tronco também é útil para educar sobre o desenvolvimento humano. As células-tronco indiferenciadas eventualmente se alteram em parte porque um determinado gene é acionado ou desligado. Pesquisadores de células-tronco podem auxiliar a esclarecer o papel que os genes tem na determinação de quais traços genéticos ou mutações iremos receber. O câncer e outros defeitos congênitos também são alterados pela divisão e diferenciação celular anormal.

Novas terapias para doenças podem ser formuladas se entendermos melhor como esses agentes agem no corpo humano. Outra razão pela qual a pesquisa com células-tronco está sendo desenvolvida é para fazer novas drogas. Os cientistas poderiam avaliar o efeito de uma droga sobre o tecido normal e saudável aplicando a droga em tecidos crescidos a partir de células-tronco em vez de testar a droga em voluntários humanos.

O que são células-tronco

Polêmica de células-tronco

As discussões em torno da pesquisa com células-tronco são principalmente conduzidos por métodos relacionados à pesquisa de células do tipo estaminais embrionárias. Foi apenas em 1998 que pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison conseguiram extraír as primeiras células-tronco embrionárias humanas na estória, que poderiam ser mantidas vivas no laboratório. A crítica principal recebida por esta pesquisa é que requer a destruição de um blastocisto humano. Ou seja, um ovo fertilizado não irá ter a chance de se tornar um humano totalmente desenvolvido.

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Quando a vida realmente começa?

O núcleo envolvendo esse debate – semelhante aos debates sobre o aborto, por exemplo – centra-se na questão: “Quando a vida começa realmente?” Muitos dizem que a vida começa na concepção, quando o ovo é fertilizado. Outros muitos argumentam que o embrião merece o mesmo status que qualquer outro humano já desenvolvido. Portanto, eliminá-lo (removendo o blastocisto para extrair células-tronco) é igual ao assassinato. Outros, por outro lado, identificaram diferentes pontos no desenvolvimento gestacional que marcam o começo da vida – após o desenvolvimento de certos órgãos ou após um determinado período de tempo estabelecido.

Quimeras

As pessoas também começara a discussão sobre a criação de quimeras. Uma quimera é um organismo que tem células e tecidos humanos ou animais. Muitas vezes, na pesquisa com células-tronco, células humanas são colocadas em animais (como ratos ) e podem desenvolver-se. Isso gera a oportunidade para os pesquisadores verem o que acontece quando as células-tronco são implantadas. Muitas pessoas, porém, se opõem à criação de um organismo que é somente “parte humana”.

Questões legais

A discussão sobre células-tronco já chegou no alto nível de tribunais em diversos países. A produção de linhas de células estaminais embrionárias é ilegal em países como a Áustria, Dinamarca, França, Alemanha e Irlanda, mas permitida em outros como a Finlândia, na Grécia, nos Países Baixos, na Suécia e no Reino Unido. Nos Estados Unidos, não é ilegal trabalhar com ou criar linhas de células estaminais embrionárias. No entanto, o debate nos EUA é sobre o financiamento e, de fato, é ilegal que fundos federais sejam usados ​​para pesquisar linhas de células estaminais que foram criadas após agosto de 2001.

Notícias sobre pesquisa de células-tronco

Atualmente há sempre novas manchetes sobre pesquisas com células-tronco.

Quando os cientistas falam sobre células estaminais de laboratório serem totipotentes ou pluripotentes, significam que as células têm potencial, como um embrião, em desenvolver qualquer tipo de tecido no organismo. O que as células estaminais totipotentes podem fazer que as pluripotentes não podem fazer, no entanto, é desenvolvido em tecidos que suportam o embrião, como a placenta. Estes são chamados de tecidos extra-embrionários e são vitais no desenvolvimento e no crescimento saudável.

Agora, cientistas que trabalham no Instituto Salk, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Pequim, na China, estão relatando sua descoberta sobre um coquetel químico que permite que as células estaminais de ratos e humanos cultivadas façam exatamente isso: gerar lenços embrionários e extra-embrionários. Sua técnica, descrita na revista Cell, em 6 de abril de 2017, poderia produzir novos insights sobre o surgimento  de mamíferos que levam a uma melhor modelagem de doenças, descoberta de drogas e até mesmo regeneração de tecidos. Espera-se que esta nova técnica seja particularmente útil para modelar processos iniciais de desenvolvimento e doenças que afetam implantação de embriões e função placentária, possivelmente preparando o caminho para melhores técnicas de fertilização in vitro.

“Durante o desenvolvimento embrionário, tanto o ovo fertilizado como suas células iniciais são considerados totipotentes, pois podem dar origem a todas as linhagens embrionárias e extra-embrionárias. No entanto, a captura de células-tronco com tal potencial de desenvolvimento in vitro tem sido um grande desafio em biologia das células-tronco “, diz Salk, o professor Juan Carlos Izpisua Bemonte, co-autor principal do artigo e titular da cadeira Roger Guillemin de Salk. “Este é o primeiro estudo a relatar a derivação de um tipo de célula-tronco estável que mostra potencial de bi-desenvolvimento similar ao totipotente para as linhagens embrionárias e extra-embrionárias”.

Uma vez que um ovo de mamífero é fertilizado e começa a dividir, as novas células se segregam em dois grupos: aqueles que se desenvolverão no embrião e aqueles que se desenvolverão em tecidos de suporte como a placenta e o saco amniótico. Como esta divisão do trabalho ocorre relativamente cedo, os pesquisadores geralmente não conseguem manter linhas de células cultivadas de forma estável até que as células já tenham passado o ponto em que elas ainda poderiam se tornar um ou outro tipo. O cocktail recém-descoberto dá às células-tronco a habilidade de se tornar de forma estável qualquer tipo, levando a equipe do Salk a duvê-los para extensões de células pluripotentes (EPS).

“A descoberta de células EPS oferece uma oportunidade potencial para desenvolver um método universal para estabelecer células-tronco que tenham ampliado a potência de desenvolvimento em mamíferos”, diz Jun Wu, cientista sênior da Salk e um dos primeiros autores do papel. “É importante ressaltar que a competência quimérica interspécial superior das células EPS as torna especialmente valiosas para estudar desenvolvimento, evolução e geração de órgãos humanos usando uma espécie animal hospedeira”.

Para desenvolver o seu coquetel, a equipe do Salk, juntamente com a equipe da Universidade de Pequim, primeiro selecionou compostos químicos que suportam a pluripotência. Eles descobriram que uma combinação simples de quatro produtos químicos e um fator de crescimento poderia estabilizar as células-tronco pluripotentes humanas em um estado desenvolvido menos maduro, permitindo-lhes, de forma mais eficiente, contribuir para a formação de quimera (uma mistura de células de diferentes espécies) em um desenvolvimento embrião de rato. Eles também aplicaram os mesmos fatores às células do mouse e descobriram, surpreendentemente, que as células-tronco do mouse recentemente derivadas não só poderiam dar origem a tipos de tecido embrionário, mas também diferenciar-se em células das linhagens extra-embrionárias. Além disso,

“A competência quimérica superior das células EPS humanas e de ratos é vantajosa em aplicações como a geração de modelos animais transgênicos e a produção de órgãos de substituição”, acrescenta Wu. “Estamos agora testando para ver se as células humanas EPS são mais eficientes na contribuição quimérica para porcos, cujo tamanho e fisiologia são mais próximos dos humanos”. As células EPS humanas, combinadas com a plataforma de complementação de blastocistos entre espécies, relatadas pela mesma equipe de Salk em Cell em janeiro de 2017, possuem grande potencial para a geração de órgãos humanos em suínos para atender a demanda crescente por órgãos doadores.

“Acreditamos que a derivação de uma linha de células estaminais estável com características semelhantes a totipotentes terá um impacto amplo e ressonante no campo das células-tronco”, diz Izpisua Belmonte.

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