O coração humano começa a se formar aproximadamente três semanas após a concepção. Isso coloca a fase inicial do desenvolvimento do coração em um momento em que as mulheres muitas vezes ainda não sabem da gravidez. Essa é uma das razões pelas quais ainda temos pouco conhecimento de muitos detalhes de como o coração é formado. Os resultados dos estudos em animais não são totalmente transferíveis para os seres humanos. Um organoide desenvolvido na TUM pode ser útil para os pesquisadores.

Uma bola de 35,000 células

A equipe que trabalha com Alessandra Moretti, professora de Medicina Regenerativa em Doenças Cardiovasculares, desenvolveu um método para fazer uma espécie de “minicoração” usando células-tronco pluripotentes. Cerca de 35,000 células são giradas em uma esfera em uma centrífuga. Durante um período de várias semanas, diferentes moléculas de sinalização são adicionadas à cultura celular sob um protocolo fixo. “Dessa forma, imitamos as vias de sinalização do corpo que controlam o programa de desenvolvimento do coração”, explica Alessandra Moretti. O grupo já publicou seu trabalho na revista Nature Biotechnology.

Primeiros “epicárdios”

Os organoides resultantes têm cerca de meio milímetro de diâmetro. Embora não bombeiem sangue, podem ser estimulados eletricamente e são capazes de se contrair como as câmaras cardíacas humanas. A Prof. Moretti e sua equipe são os primeiros pesquisadores do mundo a criar com sucesso um organoide contendo células do músculo cardíaco (cardiomiócitos) e células da camada externa da parede do coração (epicárdio). Na jovem história dos organoides do coração — os primeiros foram descritos em 2021 — os pesquisadores já haviam criado apenas organoides com cardiomiócitos e células da camada interna da parede do coração (endocárdio).

“Para entender como o coração é formado, as células do epicárdio são decisivas”, diz a Dra. Anna Meier, primeira autora do estudo. “Outros tipos de células no coração, por exemplo, em tecidos de conexão e vasos sanguíneos, são formados a partir dessas células. O epicárdio também desempenha um papel muito importante na formação das câmaras cardíacas.” A equipe nomeou apropriadamente os novos organoides de “epicárdios”.

Novo tipo de célula descoberto

Juntamente com o método de produção dos organoides, a equipe relatou suas primeiras novas descobertas. Por meio da análise de células individuais, eles determinaram que as células precursoras de um tipo apenas recentemente descoberto em camundongos são formadas por volta do sétimo dia do desenvolvimento do organoide. O epicárdio é formado a partir dessas células. “Presumimos que essas células também existam no corpo humano – mesmo que apenas por alguns dias”, diz o Prof. Moretti.

Esses insights também podem oferecer pistas sobre por que o coração fetal pode se reparar, uma capacidade quase totalmente ausente no coração de um ser humano adulto. Esse conhecimento pode ajudar a encontrar novos métodos de tratamento para ataques cardíacos e outras condições.

Produzindo “organoides personalizados”

A equipe também mostrou que os organoides podem ser usados ​​para investigar as doenças de pacientes individuais. Usando células-tronco pluripotentes de um paciente que sofre da síndrome de Noonan, os pesquisadores produziram organoides que emulavam as características da doença em uma placa de Petri. Nos próximos meses, a equipe planeja usar organoides personalizados comparáveis ​​para investigar outros defeitos cardíacos congênitos.

Com a possibilidade de emular condições cardíacas em organoides, drogas poderão ser testadas diretamente neles no futuro. “É concebível que tais testes possam reduzir a necessidade de experimentos com animais no desenvolvimento de medicamentos”, diz Alessandra Moretti.

A pesquisa de organoides é uma área de pesquisa chave na TUM

Os pesquisadores registraram uma patente internacional para o processo de criação de organoides cardíacos. O modelo epicardioide é um dos vários projetos de organoides da TUM. No Centro de Sistemas Organoides colaborarão grupos de trabalho de vários departamentos e cátedras. Eles conduzirão pesquisas interdisciplinares em organoides de pâncreas, cérebro e coração com imagens de última geração e análise celular para estudar a formação de órgãos, câncer e doenças neurodegenerativas e alcançar o progresso da medicina com sistemas 3D humanos.