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Clulas - tronco Clulas - tronco Prof: Cludio Giovannini

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Introduo Entre as cerca de 75 trilhes de clulas existentes em um homem adulto, por exemplo, so encontrados em torno de 200 tipos celulares distintos. Entre as cerca de 75 trilhes de clulas existentes em um homem adulto, por exemplo, so encontrados em torno de 200 tipos celulares distintos. Todos eles derivam de clulas precursoras, denominadas clulas-tronco. Todos eles derivam de clulas precursoras, denominadas clulas-tronco. A clula-tronco prototpica o vulo fertilizado (zigoto). Essa nica clula capaz de gerar todos os tipos celulares existentes em um organismo adulto, at os gametas vulos e espermatozides que daro origem a novos zigotos (Figura 1) A clula-tronco prototpica o vulo fertilizado (zigoto). Essa nica clula capaz de gerar todos os tipos celulares existentes em um organismo adulto, at os gametas vulos e espermatozides que daro origem a novos zigotos (Figura 1)

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Introduo Fig. 1: Organismo completo, com inmeros tipos diferentes de clulas, forma-se a partir de apenas uma clula o vulo fertilizado (zigoto).

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Introduo Logo aps a fecundao, o zigoto comea a se dividir: uma clula em duas, duas em quatro, quatro em oito e assim por diante. Pelo menos at a fase de oito clulas, cada uma delas capaz de se desenvolver em um ser humano completo. So chamadas de totipotentes. Logo aps a fecundao, o zigoto comea a se dividir: uma clula em duas, duas em quatro, quatro em oito e assim por diante. Pelo menos at a fase de oito clulas, cada uma delas capaz de se desenvolver em um ser humano completo. So chamadas de totipotentes. Na fase de oito a dezesseis clulas, as clulas do embrio se diferenciam em dois grupos: um grupo de clulas externas que vo originar a placenta e os anexos embrionrios, e uma massa de clulas internas que vai originar o embrio propriamente dito. Na fase de oito a dezesseis clulas, as clulas do embrio se diferenciam em dois grupos: um grupo de clulas externas que vo originar a placenta e os anexos embrionrios, e uma massa de clulas internas que vai originar o embrio propriamente dito. Aps 72 horas, este embrio, agora com cerca de cem clulas, chamado de blastocisto. As clulas internas do blastocisto vo originar as centenas de tecidos que compem o corpo humano. So chamadas de clulas tronco embrionrias pluripotentes (Figura 2) Aps 72 horas, este embrio, agora com cerca de cem clulas, chamado de blastocisto. As clulas internas do blastocisto vo originar as centenas de tecidos que compem o corpo humano. So chamadas de clulas tronco embrionrias pluripotentes (Figura 2)

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Introduo Figura 2: Representao esquemtica da disposio das clulas-tronco no embrio.

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Histria A incrvel capacidade de gerar um organismo adulto completo a partir de apenas uma clula tem fascinado os bilogos desde que o fisiologista alemo Theodor Schwann (1810-1882) lanou, em 1839, as bases da teoria celular. A incrvel capacidade de gerar um organismo adulto completo a partir de apenas uma clula tem fascinado os bilogos desde que o fisiologista alemo Theodor Schwann (1810-1882) lanou, em 1839, as bases da teoria celular. J no incio do sculo 20, vrios embriologistas, entre eles os alemes Hans Spemann (1869-1941) e Jacques Loeb (1859-1924), comearam a decifrar os segredos das clulas-tronco atravs de experimentos engenhosos com clulas de embries. J no incio do sculo 20, vrios embriologistas, entre eles os alemes Hans Spemann (1869-1941) e Jacques Loeb (1859-1924), comearam a decifrar os segredos das clulas-tronco atravs de experimentos engenhosos com clulas de embries.

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Histria Tais pesquisas revelaram que, quando as duas primeiras clulas de um embrio de anfbio so separadas, cada uma capaz de gerar um girino normal, e que, mesmo aps as quatro primeiras divises celulares de um embrio de anfbio, o ncleo dessas clulas embrionrias ainda pode transmitir todas as informaes necessrias formao de girinos completos, se transplantado para uma clula da qual o ncleo tenha sido retirado (clula anucleada). Tais pesquisas revelaram que, quando as duas primeiras clulas de um embrio de anfbio so separadas, cada uma capaz de gerar um girino normal, e que, mesmo aps as quatro primeiras divises celulares de um embrio de anfbio, o ncleo dessas clulas embrionrias ainda pode transmitir todas as informaes necessrias formao de girinos completos, se transplantado para uma clula da qual o ncleo tenha sido retirado (clula anucleada). Apareceu uma pergunta fundamental para a moderna biologia do desenvolvimento: o ncleo de uma clula totalmente diferenciada seria capaz de gerar um indivduo adulto normal, se transplantado para um vulo anucleado? Em 1996, o nascimento da ovelha Dolly, primeiro mamfero clonado a partir do ncleo de uma clula adulta diferenciada (uma clula epitelial de glndula mamria), trouxe a resposta. Apareceu uma pergunta fundamental para a moderna biologia do desenvolvimento: o ncleo de uma clula totalmente diferenciada seria capaz de gerar um indivduo adulto normal, se transplantado para um vulo anucleado? Em 1996, o nascimento da ovelha Dolly, primeiro mamfero clonado a partir do ncleo de uma clula adulta diferenciada (uma clula epitelial de glndula mamria), trouxe a resposta.

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Caractersticas: So indiferenciadas; So indiferenciadas; Tm a capacidade de gerar no s novas clulas-tronco como grande variedade de clulas diferenciadas funcionais (Figura 3). Tm a capacidade de gerar no s novas clulas-tronco como grande variedade de clulas diferenciadas funcionais (Figura 3). Figura 3: A diviso das clulas-tronco embrionrias segue dois modelos: o determinstico (A), que gera sempre uma clula-tronco e uma clula diferenciada, e o aleatrio (B), em que podem ser geradas diversas combinaes de clulas. A B

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Caractersticas As clulas-tronco podem ser de dois tipos: as embrionrias, conhecidas h mais tempo, que aos poucos, com o desenvolvimento do embrio, produzem todas as demais clulas de um organismo e as adultas, pois nas ltimas dcadas descobriu-se que tecidos j diferenciados de organismos adultos conservam essas clulas precursoras. As clulas-tronco podem ser de dois tipos: as embrionrias, conhecidas h mais tempo, que aos poucos, com o desenvolvimento do embrio, produzem todas as demais clulas de um organismo e as adultas, pois nas ltimas dcadas descobriu-se que tecidos j diferenciados de organismos adultos conservam essas clulas precursoras.

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Clulas-tronco embrionrias As clulas-tronco embrionrias so estudadas desde o sculo XIX; As clulas-tronco embrionrias so estudadas desde o sculo XIX; Essas clulas so conhecidas pela sigla ES, do ingls embryonic stem cells (clulas-tronco embrionrias), e so denominadas pluripotentes, pois podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas tambm podem se diferenciar se forem modificadas as condies de cultivo (Figura 4). Essas clulas so conhecidas pela sigla ES, do ingls embryonic stem cells (clulas-tronco embrionrias), e so denominadas pluripotentes, pois podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas tambm podem se diferenciar se forem modificadas as condies de cultivo (Figura 4). Figura 4: Diferenciao de clulas-tronco em cultivo.

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Clulas-tronco embrionrias Outra caracterstica especial dessas clulas que, quando reintroduzidas em embries, do origem a clulas de todos os tecidos de um organismo adulto, mesmo as germinativas (vulos e espermatozides). Outra caracterstica especial dessas clulas que, quando reintroduzidas em embries, do origem a clulas de todos os tecidos de um organismo adulto, mesmo as germinativas (vulos e espermatozides). Figura 5: Estudos em laboratrios de vrios pases j conseguiram que as clulas- tronco embrionrias se diferenciassem, em cultura, em diversos tipos celulares

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Clulas-tronco adultas Alguns tecidos de um organismo adulto se regeneram constantemente. Isso acontece com a pele, com as paredes intestinais e principalmente com o sangue, que tm suas clulas destrudas e renovadas o tempo inteiro, em um complexo e finamente regulado processo de proliferao e diferenciao celular. Alguns tecidos de um organismo adulto se regeneram constantemente. Isso acontece com a pele, com as paredes intestinais e principalmente com o sangue, que tm suas clulas destrudas e renovadas o tempo inteiro, em um complexo e finamente regulado processo de proliferao e diferenciao celular. relativamente recente a constatao de que, alm da pele, do intestino e da medula ssea, outros tecidos e rgos humanos fgado, pncreas, msculos esquelticos (associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso tm um estoque de clulas-tronco e uma capacidade limitada de regenerao aps leses. Mais recente ainda a idia de que essas clulas-tronco adultas so no apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compem o tecido ou rgo especfico onde esto situadas), mas tambm pluripotentes (podem gerar clulas de outros rgos e tecidos). relativamente recente a constatao de que, alm da pele, do intestino e da medula ssea, outros tecidos e rgos humanos fgado, pncreas, msculos esquelticos (associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso tm um estoque de clulas-tronco e uma capacidade limitada de regenerao aps leses. Mais recente ainda a idia de que essas clulas-tronco adultas so no apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compem o tecido ou rgo especfico onde esto situadas), mas tambm pluripotentes (podem gerar clulas de outros rgos e tecidos).

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Clulas-tronco adultas Um trabalho, publicado na revista Science (1999), com o ttulo Transformando crebro em sangue demonstrava em um experimento que clulas-tronco neurais de camundongos adultos podem restaurar as clulas hematopoiticas em camundongos que tiveram a medula ssea destruda por irradiao. Um trabalho, publicado na revista Science (1999), com o ttulo Transformando crebro em sangue demonstrava em um experimento que clulas-tronco neurais de camundongos adultos podem restaurar as clulas hematopoiticas em camundongos que tiveram a medula ssea destruda por irradiao. Esse achado revolucionou os conceitos at ento vigentes, pois demonstrou que uma clula tronco-adulta derivada de um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade de proliferao pode seguir um programa de diferenciao totalmente diverso se colocada em um ambiente adequado. Esse achado revolucionou os conceitos at ento vigentes, pois demonstrou que uma clula tronco-adulta derivada de um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade de proliferao pode seguir um programa de diferenciao totalmente diverso se colocada em um ambiente adequado.

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Aplicaes: Clulas hematopoiticas / Medula ssea; Clulas hematopoiticas / Medula ssea; Substitutos de pele e mucosas; Substitutos de pele e mucosas; Implantes ortopdicos / Cartilagem e osso; Implantes ortopdicos / Cartilagem e osso; Substitutos de pncreas e fgado; Substitutos de pncreas e fgado; Terapia celular de msculo cardaco; Terapia celular de msculo cardaco; Regenerao do sistema nervoso; Regenerao do sistema nervoso; Engenharia vascular e neoascularizao; Engenharia vascular e neoascularizao; Substitutos de crnea. Substitutos de crnea.

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Aplicaes Doenas Cardiovasculares (enfarte no miocrdio) Tratamento: clulas-tronco retiradas da medula ssea do paciente so implantadas no msculo cardaco Tratamento: clulas-tronco retiradas da medula ssea do paciente so implantadas no msculo cardaco Resultado: h uma regenerao do msculo e criao de novos vasos sangneos, aumentando a irrigao Resultado: h uma regenerao do msculo e criao de novos vasos sangneos, aumentando a irrigao Andamento: o Brasil um dos pases mais avanados no mundo na rea. Em 2005 ser feito um estudo com clulas-tronco para tratar de 1.200 cardacos em vrias instituies Andamento: o Brasil um dos pases mais avanados no mundo na rea. Em 2005 ser feito um estudo com clulas-tronco para tratar de 1.200 cardacos em vrias instituies Leses da Medula Espinhal Tratamento: implante de clulas-tronco da medula ssea na medula espinhal Tratamento: implante de clulas-tronco da medula ssea na medula espinhal Resultado: melhora a passagem de impulso eltrico, sensibilidade e atividade motora Resultado: melhora a passagem de impulso eltrico, sensibilidade e atividade motora Andamento: de 30 pacientes tratados no Hospital das Clnicas (USP), trs voltaram a andar Andamento: de 30 pacientes tratados no Hospital das Clnicas (USP), trs voltaram a andar

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Aplicaes Esclerose Tratamento: transplante de clulas-tronco do prprio paciente Tratamento: transplante de clulas-tronco do prprio paciente Resultado: h uma diminuio dos sintomas da doena Resultado: h uma diminuio dos sintomas da doena Andamento: paciente com esclerose lateral amiotrfica tratado na USP de Ribeiro Preto melhorou sua coordenao motora Andamento: paciente com esclerose lateral amiotrfica tratado na USP de Ribeiro Preto melhorou sua coordenao motoraParkinson Tratamento: so implantadas clulas-tronco em reas especficas do encfalo, estriado e substncia negra, buscando a produo de dopamina Tratamento: so implantadas clulas-tronco em reas especficas do encfalo, estriado e substncia negra, buscando a produo de dopamina Resultado: melhora do dficit motor e cognitivo com a reposio dos neurnios lesados e destrudos Resultado: melhora do dficit motor e cognitivo com a reposio dos neurnios lesados e destrudos Andamento: um time internacional de cientistas inseriu nos crebros de macacos genes para induzir a produo da protena GDNF, que protege as clulas nervosas contra os efeitos degenerativos da doena Andamento: um time internacional de cientistas inseriu nos crebros de macacos genes para induzir a produo da protena GDNF, que protege as clulas nervosas contra os efeitos degenerativos da doena

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Aplicaes Leucemia e Outros Tipos de Cncer do Sistema Sangneo Tratamento: so retiradas clulas-tronco do paciente durante tratamento de quimioterapia, para que sejam preservadas da radiao. Depois elas so reinjetadas Tratamento: so retiradas clulas-tronco do paciente durante tratamento de quimioterapia, para que sejam preservadas da radiao. Depois elas so reinjetadas Resultado: como as clulas so do prprio paciente, no h risco de rejeio Resultado: como as clulas so do prprio paciente, no h risco de rejeio Andamento: pesquisadores (norte-americanos e europeus) avaliaram pacientes que receberam clulas-tronco de cordo umbilical. A tcnica menos agressiva que a tradicional Andamento: pesquisadores (norte-americanos e europeus) avaliaram pacientes que receberam clulas-tronco de cordo umbilical. A tcnica menos agressiva que a tradicionalDiabetes Tratamento: h uma diferenciao de clulas-tronco da medula ssea, in vitro, em ilhotas pancreticas (rgos que produzem a insulina) Tratamento: h uma diferenciao de clulas-tronco da medula ssea, in vitro, em ilhotas pancreticas (rgos que produzem a insulina) Resultado: diminuio da necessidade de injees de insulina Resultado: diminuio da necessidade de injees de insulina Andamento: o Instituto de Qumica da USP conduz pesquisas com camundongos para entender o papel dos genes na transformao das clulas-tronco em clulas beta (produtoras de insulina) Andamento: o Instituto de Qumica da USP conduz pesquisas com camundongos para entender o papel dos genes na transformao das clulas-tronco em clulas beta (produtoras de insulina)

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Aplicaes Figura 6: Em adultos Clulas-tronco adultas podem ser obtidas facilmente da medula-ssea, que d origem s clulas do sistema sanguneo Em embries Com a fecundao do vulo em laboratrio, origina-se uma clula, que se divide sucessivamente, gerando outras. No quinto dia forma-se um embrio com duzentas clulas no especializadas (clulas-tronco) Especializao A aplicao de reagentes qumicos s clulas-tronco faz com que elas se transformem em clulas de tecidos especficos quando se desenvolvem Coleta Embries congelados nesse estgio e no aproveitados em clnicas de reproduo assistida so coletados Implantao Por meio da corrente sangunea podem ser implantadas novas clulas no paciente. Pode-se tambm injetar as clulas diretamente no rgo danificado para que se diferenciem no organismo

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Permanecem questes a serem respondidas: Como as clulas-tronco permanecem indiferenciadas e auto- renovveis enquanto todas a clulas ao redor das mesmas se diferenciaram? Como as clulas-tronco permanecem indiferenciadas e auto- renovveis enquanto todas a clulas ao redor das mesmas se diferenciaram? Quis os fatores que normalmente regulam a proliferao e a auto- renovao das clulas-tronco em organismos vivos? Quis os fatores que normalmente regulam a proliferao e a auto- renovao das clulas-tronco em organismos vivos? Quantos tipos de clulas-tronco existem e em quais tecidos elas subsistem? Quantos tipos de clulas-tronco existem e em quais tecidos elas subsistem? As clulas-tronco adultas normalmente apresentam plasticidade ou apenas transdiferenciam quando manipuladas experimentalmente? Quais os sinais que regulam a proliferao e diferenciao de clulas-tronco que se demonstram plsticas? As clulas-tronco adultas normalmente apresentam plasticidade ou apenas transdiferenciam quando manipuladas experimentalmente? Quais os sinais que regulam a proliferao e diferenciao de clulas-tronco que se demonstram plsticas? possvel manipular clulastronco adultas para estimular a proliferao de forma que se possa produzir tecido suficiente para transplantes? possvel manipular clulastronco adultas para estimular a proliferao de forma que se possa produzir tecido suficiente para transplantes? Quais os fatores que estimulam clulas-tronco a se realocarem em stios de leso? Quais os fatores que estimulam clulas-tronco a se realocarem em stios de leso?

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O debate: 1. Pode-se intencionalmente destruir um embrio humano? 2. Podemos nos beneficiar da destruio de outros embries? 3. Pode-se criar um embrio para destru-lo? 4. Pode-se clonar embries humanos? Quem vale mais? X

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Qual o status moral do embrio humano?? Defesa da personalidade humana embrionria e fetal: Pais humanos podem apenas produzir prole humana. Assim sendo, os no-nascidos so membros da comunidade humana. As diferenas funcionais entre o feto e o recm-nascido so moralmente irrelevantes. Os no-nascidos so pessoas humanas porque possuem natureza humana, no porque desempenhem determinadas funes

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A Fertilizao no um evento, mas um processo com distintos sub- processos que podem levar segundos, minutos, horas ou at mesmo semanas se se leva em conta a individuao. Quando o processo de uma nova vida comea, este continua-se por estgios biolgicos at que o final da morte chegue ao seu termo. O comeo da vida est no incio do incio do processo, no no final do incio. Estgios muito precoces do processo so apenas humanos em potencial. Uma vez que o processo tenha comeado, este embrio no pode desenvolver-se em uma ovelha ou um cachorro; ele inerente e imutavelmente humano. O zigoto (ou blastocisto, ou embrio, ou feto) no um humano em potencial, uma vida humana em um estgio especfico do desenvolvimento. estas clulas so ainda totipotente, no so ainda verdadeiros indivduos humanos.

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Fim