Epitélio dentário (superfície celular; amarelo) e mesênquima (superfície celular; magenta). As células em proliferação (ciano) expandem o tecido, gerando uma pressão mecânica no centro do tecido que impulsiona a formação do principal centro de sinalização ou organizador do dente, o nó do esmalte. Crédito: Neha Pincha Shroff e Pengfei Xu
Encontrar o caminho pelas ruas sinuosas de certas cidades pode ser um verdadeiro desafio sem um mapa. Para nos orientarmos, contamos com uma variedade de informações, incluindo mapas digitais em nossos telefones, bem como lojas e pontos de referência reconhecíveis. As células do nosso corpo enfrentam um problema semelhante ao construir os nossos órgãos durante a embriogénese. Eles precisam de instruções sobre onde ir e como se comportar. Felizmente, tal como as torres de telemóveis numa cidade, os embriões apresentam células especiais em locais específicos, conhecidas como organizadoras, que enviam sinais para outras células e as ajudam a organizar-se para construir os nossos órgãos complexos.
Alguns desses sinais são moléculas enviadas pelo organizador, um centro de sinalização privilegiado. As células ao seu redor recebem sinais mais fortes ou mais fracos dependendo de sua localização e tomam decisões de acordo. Erros na localização destes centros de mensagens no tecido levam a malformações embrionárias que podem ser fatais. Os cientistas já conhecem a relevância destes centros de sinalização há muito tempo, mas a forma como estes aparecem em locais específicos permanece indefinida.
Descoberta através da colaboração internacional
Foi necessária uma colaboração internacional de físicos e biólogos para identificar a resposta. Vários anos atrás, os laboratórios do Prof. Ophir Klein do Cedars-Sinai Guerin Children’s e da Universidade da Califórnia, São Francisco (UCSF), e do Prof. Santa Bárbara (UCSB), deu uma ideia de como pode funcionar e uniu forças. Juntos, eles descobriram que é a pressão mecânica dentro do tecido em crescimento que determina onde o centro de sinalização irá emergir.
“Nosso trabalho mostra que tanto a pressão mecânica quanto a sinalização molecular desempenham um papel no desenvolvimento de órgãos”, disse Ophir Klein, MD, PhD, Diretor Executivo do Cedars-Sinai Guerin Children’s, onde também é Presidente Distinto em Saúde Infantil David e Meredith Kaplan. e co-autor correspondente do estudo.
Pressão Mecânica em Células Organizadoras
O estudo, publicado em Biologia Celular da Natureza, mostra que à medida que as células crescem no dente incisivo embrionário, elas sentem a pressão crescente e usam essa informação para se organizarem. “É como aqueles brinquedos que absorvem água e aumentam de tamanho”, disse Neha Pincha Shroff, PhD, pós-doutoranda na Faculdade de Odontologia da UCSF e coautora do estudo. “Imagine isso acontecendo em um espaço confinado. O que acontece no nó incisivo é que as células se multiplicam em número em um espaço fixo e isso faz com que uma pressão se acumule no centro, que então se torna um aglomerado de células especializadas.” Como as pessoas em um bar lotado, as células do tecido começam a sentir a pressão de seus pares. Os pesquisadores descobriram que as células que sentem a pressão mais forte param de crescer e começam a enviar sinais para organizar as outras células vizinhas do dente. Eles foram literalmente pressionados a se tornarem os organizadores dos dentes.
“Conseguimos usar técnicas de microgotículas que nosso laboratório desenvolveu anteriormente para descobrir como o acúmulo de pressão mecânica afeta a formação de órgãos”, disse o co-autor correspondente do estudo Otger Campàs, Ph.D., que atualmente é Diretor Geral, Professor e Presidente de Dinâmica de Tecidos no Cluster de Excelência em Física da Vida da TU Dresden, e ex-Professor Associado de Engenharia Mecânica na UCSB. “É realmente emocionante que a pressão tecidual tenha um papel no estabelecimento de centros de sinalização. Será interessante ver se ou como a pressão mecânica afeta outros processos importantes de desenvolvimento.”
Os embriões usam vários desses centros de sinalização para guiar as células à medida que formam tecidos e órgãos. Assim como construir arranha-céus ou pontes, esculpir nossos órgãos envolve um planejamento rigoroso, muita coordenação e a mecânica estrutural correta. A falha em qualquer um destes processos pode ser catastrófica quando se trata de construir uma ponte, e também pode ser prejudicial para nós quando crescemos no útero.
“Ao compreender como um embrião forma órgãos, podemos começar a fazer perguntas sobre o que acontece de errado em crianças que nascem com malformações congênitas”, disse Ophir Klein. “Este trabalho pode levar a pesquisas adicionais sobre como os defeitos congênitos são formados e podem ser prevenidos.”
Referência: “A compressão mecânica impulsionada pela proliferação induz a formação de centros de sinalização durante o desenvolvimento de órgãos de mamíferos” por Neha Pincha Shroff, Pengfei Xu, Sangwoo Kim, Elijah R. Shelton, Ben J. Gross, Yucen Liu, Carlos O. Gomez, Qianlin Ye, Tingsheng Yu Drennon, Jimmy K. Hu, Jeremy BA Green, Otger Campàs e Ophir D. Klein, 3 de abril de 2024, Biologia Celular da Natureza.
DOI: 10.1038/s41556-024-01380-4
O estudo foi financiado pelo Instituto Nacional de Pesquisa Odontológica e Craniofacial (OK e OC) dos EUA, pela Deutsche Forschungsgemeinschaft sob a Estratégia de Excelência da Alemanha e pelo Cluster de Excelência em Física da Vida da TU Dresden (OC).
