Pesquisadores da Faculdade de Medicina, Universidade de Illinois em Chicago, descobriram como as mudanças no metabolismo das células-tronco embrionárias humanas ajudam a estimulá-las a amadurecer em tipos de células específicas – o que pode melhorar a função de órgãos ou tecidos contruídos por engenharia de tecidos. “As células-tronco pluripotentes crescem muito rapidamente, e por isso eles precisam produzir grandes quantidades nutrientes para abastecer seu crescimento – proteínas, lipídeos, açúcares e outras moléculas essenciais”, disse Jalees Rehman, MD, que liderou o estudo, publicado no os revista Cell Reports .
Dr. Rehman e colegas estudam o papel da glutamina em células-tronco, já que o aminoácido é conhecido como uma importante fonte de carbono utilizada em células cancerosas, as quais, como as células-tronco, também crescem muito rapidamente . Eles traçaram o caminho da glutamina em células-tronco embrionárias humanas e encontraram-na em mitocôndrias das células.
“As pessoas muitas vezes assumem que as mitocôndrias são apenas os geradores de energia celular. Mas elas também servem como fábricas para a produção de importantes moléculas que as células precisam para crescer”, disse Rehman.

A glutamina é metabolizada a uma taxa muito elevada em células-tronco embrionárias humanas indiferenciadas. Os investigadores observaram que o metabolismo de glutamina diminui drasticamente à medida que as células se diferenciam em vários tipos de células maduras, tais como as células endoteliais que formam o revestimento dos vasos sanguíneos.

“Nós queríamos dar uma olhada mais de perto no programa molecular que liga a diminuição do metabolismo da glutamina com a diferenciação celular”, disse Rehman, que é um professor associado de medicina e farmacologia na UIC.

Quando os pesquisadores retiraram seletivamente a glutamina das células-troncoembrionárias humanas que crescem no laboratório, eles notaram que os níveis de uma importante molécula reguladora chamada OCT4 diminuiu significativamente, e as células começaram a se diferenciar. O OCT4 é um fator de transcrição que ativa os genes que mantêm a célula num estado de pluripotência,impedindo a diferenciação e maturação das células-tronco.

A retirada da glutamina foi também acompanhada por um aumento de espécies reativas de oxigênio dentro das células, o que pode danificar estruturas celulares se os níveis são muito altos. Acontece que OCT4 é especialmente vulnerável à degradação por espécies reativas de oxigênio. Como o metabolismo de glutamina cai, e os níveis de espécies reativas de oxigênio sobem, o OCT4 degrada-se e já não é capaz de sustentar a célula em um estado pluripotente. A célula, em seguida, começa a expressar os genes que permitem amadurecer a um tipo específico de célula.

“A glutamina mantém o OCT4 ‘ligado’, e quando você priva células de glutamina, você ‘desliga’ o interruptor de OCT4 de modo que as células tornam-se então maduras”, disse Rehman. “É também importante notar que as espécies reativas de oxigênio serviram como um sinal que permitiu diferenciar células-tronco. Certos níveis de oxidantes ou espécies reativas de oxigênio podem ser necessárias para a maturação de células-tronco.”

A descoberta sugere uma técnica que pode ser útil para a engenharia de tecidos, disse o primeiro autor Dr. Glenn Marsboom, professor assistente de investigação de farmacologia na UIC.

“Quando os pesquisadores querem produzir células maduras a partir de células-tronco, tradicionalmente usam um coquetel de fatores de crescimento e outros produtos químicos conhecidos para produzir o tipo de célula específica que se deseja,” Dr. Marsboom, disse. “Queríamos ver o que aconteceria se nós adicionássemos um meio de diferenciação sem glutamina para a produção de células endoteliais a partir de células-tronco embrionárias humanas”.

Eles descobriram que, ao retirar também a glutamina, o dobro de células endoteliais foram produzidas, em comparação com a utilização de fatores de crescimento. E as células maduras eram de qualidade superior. As células endoteliais produzidas sem glutamina foram mais capazes de se organizar em vasos sanguíneos em um biomaterial tridimensional.

“Essas células endoteliais migraram para o lugar correto com mais sucesso para formar os tubos que formam redes vasculares”, disse Rehman, que pode melhorar a engenharia de vasos sanguíneos funcionais a partir de células-troncoembrionárias humanas. Mais amplamente, ele disse, a descoberta ressalta a importância de sinais metabólicos em terapias regenerativas.

“Para projetar com sucesso novos vasos sanguíneos ou tecidos para pacientes doentes, precisamos ajudar as células-tronco se adaptar ao ambiente e às exigências metabólicas dos órgãos maduros ”

Esquerda: As células endoteliais derivadas de células-troncotratadas somente com fatores de crescimento não formam vasos sanguíneos. Direita: As células endoteliais derivadas de células-troncotratados com fatores de crescimento e vasos sanguíneos organizados, ao utilizar meio onde foi retirada a glutamina. Imagem cortesia de Jalees Rehman.

Fonte: http://stemcellsportal.com/news/starving-stem-cells-may-enable-scientists-build-better-blood-vessels