Células-tronco masculinas pluripotentes (embrionárias ou indutíveis) foram transformadas em femininas
Lluís Montoliu
No início de março de 2023, no centro de pesquisa Francis Crick, em Londres, durante a Terceira Cúpula Internacional sobre Edição de Genes em Humanos, um pesquisador japonês, Katsuhiko Hayashi, deixou os participantes sem palavras e fôlego ao contar como havia conseguido gerar ratos apenas com contribuição paterna.
Esses resultados surpreendentes foram publicados na Nature algumas semanas depois. E até abriram a porta para a obtenção de ratos cujo pai e mãe eram o mesmo indivíduo, um rato macho. Isto normalmente forneceria espermatozoides e óvulos obtidos, por exemplo, de células da pele, para a obtenção de embriões por fertilização in vitro, aproveitando o fato de os ratos suportarem naturalmente a endogamia máxima que tal procedimento implicaria.
O que aconteceria se a técnica fosse aplicada a humanos?
São estudos experimentais realizados com embriões de camundongos. Mas qual poderá ser o seu significado e impacto se estas técnicas melhorarem tanto que possam ser utilizadas com segurança na produção de embriões humanos?
Se possível (agora ainda não é possível) promoveriam uma verdadeira revolução nas clínicas de reprodução assistida. Por exemplo, casais homossexuais masculinos podem ser ambos pais biológicos dos seus filhos. Um deles forneceria os espermatozoides e o outro forneceria células-tronco pluripotentes que, seguindo um dos dois procedimentos (o da equipe japonesa ou o da equipe chinesa) acabariam produzindo óvulos que poderiam ser fertilizados in vitro e gestados por uma mulher mediante barriga de aluguel ou úteros substitutos. Isto é ilegal em Espanha, mas é permitido noutros países.
Atualmente, se quiserem ter filhos biológicos, um casal homossexual masculino deve decidir qual deles fornece o esperma que será usado para fertilizar um óvulo doado. Os filhos que nascem são biológicos apenas de um dos dois membros do casal.
Da mesma forma, um casal homossexual feminino também poderia ter filhos biológicos com contribuições de ambas as mulheres se uma delas fornecesse óvulos e a outra células-tronco pluripotentes que acabassem produzindo espermatozoides (seguindo o procedimento desenvolvido pela equipe chinesa). Qualquer uma das duas mulheres poderia gestar o embrião assim obtido e os filhos nascidos seriam biológicos para ambas.
E se deixarmos a nossa imaginação correr solta, assumindo (o que é muito supor) que consigamos superar a endogamia máxima – viável em ratos, mas não em humanos — tanto homens como mulheres individualmente, como famílias monoparentais, poderiam ter filhos cuja herança genética só viesse deles ou deles próprios.
Um homem poderia fornecer espermatozoides naturalmente e, a partir das células de sua pele, derivar óvulos que seriam fertilizados com seu próprio esperma. O embrião resultante seria gestado por uma mulher e a criança nascida teria esse mesmo homem como pai e mãe.
Da mesma forma, uma mulher poderia fornecer óvulos e, a partir das células da sua pele, acabar desenvolvendo espermatozoides em laboratório, que seriam usados para fertilizar seus próprios óvulos. O embrião resultante poderia ser gestado por ela mesma e a criança que nascesse teria essa mesma mulher como pai e mãe.
De momento, todas essas aplicações na reprodução humana assistida permanecem ficção científica porque ainda não são tecnicamente possíveis e seria imprudente tentar implementá-las. Mas assumindo que todos estes protocolos serão optimizados e que chegará o dia em que poderemos considerar se queremos ou não os oferecer em clínicas de reprodução assistida, penso que é importante refletir sobre isto, perguntar-nos quais destas técnicas estaríamos dispostos a, como sociedade, aceitar eticamente e aprovar legalmente.
> Esse artigo foi publicado originalmente no Science Media Center.
Lluís Montoliu
pesquisador científico do Centro Nacional de Biotecnologia, Madri, Espanha
The Conversationl
plataforma de informação produzida por acadêmicos e jornalistas
Na verdade, este cientista descobriu um procedimento complexo e muito sofisticado para converter células-tronco masculinas pluripotentes (embrionárias ou indutíveis) em femininas.
De XY a XX
Resumidamente, Hayashi aproveitou um evento muito raro que ocorreu ao manter essas células em cultura (a perda espontânea do cromossomo Y) para resgatá-las e promover experimentalmente a duplicação do cromossomo X. Com isso conseguiu converter um macho (XY) célula-tronco em uma mulher (XX).
Resumidamente, Hayashi aproveitou um evento muito raro que ocorreu ao manter essas células em cultura (a perda espontânea do cromossomo Y) para resgatá-las e promover experimentalmente a duplicação do cromossomo X. Com isso conseguiu converter um macho (XY) célula-tronco em uma mulher (XX).
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Procedimentos de experimento são sofismadíssimo |
E a partir deste último passou a diferenciá-los em células ovarianas para acabar obtendo óvulos... que vieram de células masculinas! Esses óvulos poderiam ser usados para fertilização in vitro (FIV) com espermatozoides de outro camundongo macho e assim obter embriões, que gestam em uma fêmea de camundongo e dão origem a camundongos aparentemente normais e férteis, cujo pai e mãe são dois camundongos machos.
Esses resultados surpreendentes foram publicados na Nature algumas semanas depois. E até abriram a porta para a obtenção de ratos cujo pai e mãe eram o mesmo indivíduo, um rato macho. Isto normalmente forneceria espermatozoides e óvulos obtidos, por exemplo, de células da pele, para a obtenção de embriões por fertilização in vitro, aproveitando o fato de os ratos suportarem naturalmente a endogamia máxima que tal procedimento implicaria.
Um ratinho com dois pais biológicos (e sem mãe)
Quase dois anos depois, uma equipe de pesquisadores chineses, liderada por Zhi-kun Li, Wei Li e Qi Zhou, da Academia Chinesa de Ciências, mais uma vez nos deixa sem palavras com um procedimento análogo para obter camundongos de dois camundongos machos.
Qi Zhou é um pesquisador que liderou muitos avanços espetaculares em procedimentos de reprodução assistida, transgênese, clonagem e edição de genes em camundongos e primatas não humanos. No entanto, os cientistas chineses optaram agora por um caminho totalmente diferente para chegar ao mesmo resultado: conseguir que dois ratos machos sejam pais de um rato, produzido sem intervenção biológica materna, além de ainda necessitarem de uma fêmea para gestar os embriões gerados. O resultado foi publicado na revista Cell Stem Cell.
Este novo procedimento desenvolvido por Li e colaboradores é tão ou mais sofisticado que o anterior, desenhado por Hayashi. Neste caso, os investigadores pretendem combater uma das barreiras que impede a obtenção de embriões viáveis de mamíferos através da combinação de dois gâmetas do mesmo sexo (dois espermatozoides ou dois óvulos).
Quase dois anos depois, uma equipe de pesquisadores chineses, liderada por Zhi-kun Li, Wei Li e Qi Zhou, da Academia Chinesa de Ciências, mais uma vez nos deixa sem palavras com um procedimento análogo para obter camundongos de dois camundongos machos.
Qi Zhou é um pesquisador que liderou muitos avanços espetaculares em procedimentos de reprodução assistida, transgênese, clonagem e edição de genes em camundongos e primatas não humanos. No entanto, os cientistas chineses optaram agora por um caminho totalmente diferente para chegar ao mesmo resultado: conseguir que dois ratos machos sejam pais de um rato, produzido sem intervenção biológica materna, além de ainda necessitarem de uma fêmea para gestar os embriões gerados. O resultado foi publicado na revista Cell Stem Cell.
Este novo procedimento desenvolvido por Li e colaboradores é tão ou mais sofisticado que o anterior, desenhado por Hayashi. Neste caso, os investigadores pretendem combater uma das barreiras que impede a obtenção de embriões viáveis de mamíferos através da combinação de dois gâmetas do mesmo sexo (dois espermatozoides ou dois óvulos).
O problema da impressão genética
Esses embriões não sobrevivem naturalmente, uma vez que os mamíferos possuem um sistema de controle denominado impressão genômica, que exige que cada embrião derive de um gameta masculino (espermatozoide) e de um gameta feminino (óvulo).
Esses embriões não sobrevivem naturalmente, uma vez que os mamíferos possuem um sistema de controle denominado impressão genômica, que exige que cada embrião derive de um gameta masculino (espermatozoide) e de um gameta feminino (óvulo).
A razão é que existem genes no nosso genoma que só funcionam se forem herdados da mãe e outros que só são expressos se forem herdados do pai. E todos eles são essenciais para sobreviver.
O protocolo muito complexo que esses investigadores conceberam começa por injetar um espermatozoide num óvulo enucleado (sem material genético), induzindo o seu desenvolvimento inicial em blastocistos com apenas metade do material genético necessário. Isto permite-nos obter células embrionárias pluripotentes chamadas células haplóides (têm apenas metade do genoma, não possuem o genoma materno) e células androgenéticas (derivadas do esperma).
As células assim obtidas são cultivadas por tempo suficiente para extirpar, graças às ferramentas de edição genética CRISPR, as regiões do genoma submetidas à impressão genômica (em pelo menos vinte lugares do genoma). Eles eliminam assim esse mecanismo de controle que os mamíferos possuem.
Finalmente, os cientistas injetam uma dessas células haploides androgenéticas editadas em outro óvulo enucleado com outro espermatozoide normal. A célula injetada desempenha o papel “materno” (embora seja derivado do esperma), enquanto o esperma recém-injetado desempenha o papel “paterno”.
O protocolo muito complexo que esses investigadores conceberam começa por injetar um espermatozoide num óvulo enucleado (sem material genético), induzindo o seu desenvolvimento inicial em blastocistos com apenas metade do material genético necessário. Isto permite-nos obter células embrionárias pluripotentes chamadas células haplóides (têm apenas metade do genoma, não possuem o genoma materno) e células androgenéticas (derivadas do esperma).
As células assim obtidas são cultivadas por tempo suficiente para extirpar, graças às ferramentas de edição genética CRISPR, as regiões do genoma submetidas à impressão genômica (em pelo menos vinte lugares do genoma). Eles eliminam assim esse mecanismo de controle que os mamíferos possuem.
Finalmente, os cientistas injetam uma dessas células haploides androgenéticas editadas em outro óvulo enucleado com outro espermatozoide normal. A célula injetada desempenha o papel “materno” (embora seja derivado do esperma), enquanto o esperma recém-injetado desempenha o papel “paterno”.
Eles levam esse embrião de volta à fase de blastocisto e obtêm novamente células embrionárias pluripotentes (agora biparentais), que acabam injetando em outro blastocisto tetraploide (obtido experimentalmente com quatro cópias do genoma), comumente usado em embriologia para garantir o desenvolvimento de uma placenta.
Esse embrião é gestado por um camundongo, e os camundongos que nascem são derivados de dois espermatozoides, de dois pais, sem a participação genética dos óvulos, sem mãe.
Problemas para resolver
Porém, nem todos são sucessos neste procedimento. Como reconhecem os próprios autores, os ratos gerados com este protocolo não são férteis e só podem ser reproduzidos por clonagem. Além disso, mais da metade dos camundongos biparentais paternos não sobrevivem, morrem precocemente, não amadurecem adequadamente ou não atingem a idade adulta.
A explicação para estes problemas deriva certamente do procedimento de edição CRISPR utilizado para eliminar o imprinting genômico, que é muito arriscado, não é executado de forma otimizada e gera alterações imprevistas.
Num outro estudo anterior, a mesma equipa de investigação tinha demonstrado que ratos biparentais maternais (duas mães, sem pai) eram férteis e sobreviviam mais tempo do que ratos biparentais paternos (dois pais, sem mãe), que morreram logo após o nascimento. No novo artigo que publicam agora, os resultados melhoraram, embora ainda parcialmente.
Problemas para resolver
Porém, nem todos são sucessos neste procedimento. Como reconhecem os próprios autores, os ratos gerados com este protocolo não são férteis e só podem ser reproduzidos por clonagem. Além disso, mais da metade dos camundongos biparentais paternos não sobrevivem, morrem precocemente, não amadurecem adequadamente ou não atingem a idade adulta.
A explicação para estes problemas deriva certamente do procedimento de edição CRISPR utilizado para eliminar o imprinting genômico, que é muito arriscado, não é executado de forma otimizada e gera alterações imprevistas.
Num outro estudo anterior, a mesma equipa de investigação tinha demonstrado que ratos biparentais maternais (duas mães, sem pai) eram férteis e sobreviviam mais tempo do que ratos biparentais paternos (dois pais, sem mãe), que morreram logo após o nascimento. No novo artigo que publicam agora, os resultados melhoraram, embora ainda parcialmente.
O que aconteceria se a técnica fosse aplicada a humanos?
São estudos experimentais realizados com embriões de camundongos. Mas qual poderá ser o seu significado e impacto se estas técnicas melhorarem tanto que possam ser utilizadas com segurança na produção de embriões humanos?
Se possível (agora ainda não é possível) promoveriam uma verdadeira revolução nas clínicas de reprodução assistida. Por exemplo, casais homossexuais masculinos podem ser ambos pais biológicos dos seus filhos. Um deles forneceria os espermatozoides e o outro forneceria células-tronco pluripotentes que, seguindo um dos dois procedimentos (o da equipe japonesa ou o da equipe chinesa) acabariam produzindo óvulos que poderiam ser fertilizados in vitro e gestados por uma mulher mediante barriga de aluguel ou úteros substitutos. Isto é ilegal em Espanha, mas é permitido noutros países.
Atualmente, se quiserem ter filhos biológicos, um casal homossexual masculino deve decidir qual deles fornece o esperma que será usado para fertilizar um óvulo doado. Os filhos que nascem são biológicos apenas de um dos dois membros do casal.
Da mesma forma, um casal homossexual feminino também poderia ter filhos biológicos com contribuições de ambas as mulheres se uma delas fornecesse óvulos e a outra células-tronco pluripotentes que acabassem produzindo espermatozoides (seguindo o procedimento desenvolvido pela equipe chinesa). Qualquer uma das duas mulheres poderia gestar o embrião assim obtido e os filhos nascidos seriam biológicos para ambas.
E se deixarmos a nossa imaginação correr solta, assumindo (o que é muito supor) que consigamos superar a endogamia máxima – viável em ratos, mas não em humanos — tanto homens como mulheres individualmente, como famílias monoparentais, poderiam ter filhos cuja herança genética só viesse deles ou deles próprios.
Um homem poderia fornecer espermatozoides naturalmente e, a partir das células de sua pele, derivar óvulos que seriam fertilizados com seu próprio esperma. O embrião resultante seria gestado por uma mulher e a criança nascida teria esse mesmo homem como pai e mãe.
Da mesma forma, uma mulher poderia fornecer óvulos e, a partir das células da sua pele, acabar desenvolvendo espermatozoides em laboratório, que seriam usados para fertilizar seus próprios óvulos. O embrião resultante poderia ser gestado por ela mesma e a criança que nascesse teria essa mesma mulher como pai e mãe.
De momento, todas essas aplicações na reprodução humana assistida permanecem ficção científica porque ainda não são tecnicamente possíveis e seria imprudente tentar implementá-las. Mas assumindo que todos estes protocolos serão optimizados e que chegará o dia em que poderemos considerar se queremos ou não os oferecer em clínicas de reprodução assistida, penso que é importante refletir sobre isto, perguntar-nos quais destas técnicas estaríamos dispostos a, como sociedade, aceitar eticamente e aprovar legalmente.
> Esse artigo foi publicado originalmente no Science Media Center.
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