Os pesquisadores desenvolveram um método inovador chamado Zman-seq para rastrear mudanças ao longo do tempo em células individuais do corpo. Este método, que marca células com carimbos de data e hora, avançou significativamente a nossa compreensão da dinâmica celular, particularmente na compreensão de doenças como o glioblastoma. A capacidade do Zman-seq de rastrear a história e a sequência das alterações moleculares e celulares oferece uma nova perspectiva no estudo de sistemas biológicos complexos e abre caminho para o desenvolvimento de terapias mais eficazes para o câncer e outras doenças.
A técnica conhecida como Zman-seq revela a história das células, impulsionando potencialmente a criação de tratamentos inovadores para o câncer e diversas outras doenças.
Enquanto os físicos continuam a debater a afirmação de Albert Einstein de que o tempo é uma ilusão, os biólogos estão certos da sua importância na compreensão da vida como um sistema dinâmico. Recentemente, os biólogos aprofundaram sua compreensão dos intrincados sistemas biológicos. Eles conseguiram isso usando ferramentas avançadas que permitem a análise de grandes quantidades de dados celulares e moleculares e examinando as redes celulares responsáveis pelas doenças. No entanto, essas investigações aprofundadas de como as células se comportam e interagem forneceram apenas instantâneos separados. do que acontece dentro de organismos complexos, sem levar em conta a dimensão do tempo e sem revelar a sequência de eventos celulares.
Agora, em um novo estudo publicado recentemente em Célula, pesquisadores do laboratório do Prof. Ido Amit no Weizmann Institute of Science conseguiram pela primeira vez desenvolver um método para rastrear e medir mudanças ao longo do tempo em células individuais dentro do corpo. O método, chamado Zman-seq (da palavra hebraica homempara “tempo”), consiste em rotular células com diferentes carimbos de data e hora e rastreá-las em tecido saudável ou patológico.
Usando esta máquina do tempo celular, os pesquisadores podem conhecer a história das células e quanto tempo cada célula permaneceu no tecido, conseguindo, em última análise, uma compreensão das mudanças temporais moleculares e celulares que ocorreram naquele tecido.
Os avanços e limitações das tecnologias unicelulares
As tecnologias unicelulares, as ferramentas que permitem aos biólogos compreender o que acontece dentro das células individuais, avançaram significativamente nos últimos anos, em grande parte graças à vibrante comunidade de investigação unicelular na qual o laboratório de Amit é um dos pioneiros. Com essas ferramentas, agora é possível obter imagens de alta resolução de como as doenças se desenvolvem e como o corpo responde a diferentes medicamentos, identificar populações de células raras, decifrar quais células interagem entre si e como elas estão distribuídas espacialmente em um tecido. No entanto, todos esses insights importantes equivalem a obter muitas imagens estáticas de um filme e tentar entender o enredo. “Saber o que precedeu o que não é suficiente para deduzir a causalidade, mas sem esse conhecimento, não temos realmente a chance de entender qual é a causa e qual é o efeito”, diz Amit.
O desenvolvimento da nova tecnologia inovadora começou com a pesquisa do Dr. Daniel Kirschenbaum, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Amit. Kirschenbaum nasceu na Hungria e fez doutorado em neuropatologia na Suíça, onde estudou o glioblastoma, o tumor cerebral mais comum e agressivo. “Normalmente pensamos no cancro como células que crescem descontroladamente, mas, na verdade, o cancro é também a perda da capacidade do corpo, e especificamente do seu sistema imunitário, de controlar esse crescimento”, diz ele. “E quando você olha para os tumores, grande parte deles é composta de células imunológicas disfuncionais, que às vezes constituem um terço ou até metade de todas as células de um tumor.”
O glioblastoma é um dos tipos de tumores mais imunossupressores. “Para compreender como derrotar este cancro, precisamos de compreender o que acontece às células imunitárias à medida que entram no tumor e por que perdem a capacidade de combater o tumor e tornam-se disfuncionais”, explica Kirschenbaum. “Idealmente, gostaríamos de ter um pequeno relógio em cada célula que nos informasse quando ela entrou no tumor e quando os sinais e pontos de controle que a instruem a se tornar incompetente são ativados. Esta máquina do tempo de volta ao futuro foi considerada impossível de desenvolver.”
A descoberta ocorreu quando Kirschenbaum decidiu adotar uma abordagem misteriosa. “Em vez de tentar medir o tempo nas células do tecido tumoral, decidimos tentar marcar as células enquanto ainda estão no sangue – antes de entrarem no tumor. Ao utilizar diferentes corantes fluorescentes em diferentes momentos, podemos mais tarde saber exactamente quando cada célula entrou no tecido e há quanto tempo esteve lá, e isto revela as mudanças dinâmicas que aconteceram às células do tecido, por exemplo, o que são os diferentes estágios em que as células imunológicas se tornam disfuncionais dentro do tumor”.
Metodologia e insights de Zman-seq
O desafio, acrescenta Kirschenbaum, era desenvolver a forma ideal de colorir as células do sangue em momentos específicos, garantindo que o corante não atingisse o próprio tecido ou permanecesse muito tempo no sangue, potencialmente misturando-se com o corante seguinte. Ao mesmo tempo, o corante tinha que permanecer nas células o tempo suficiente para que fossem medidas. Como parte do estudo, os pesquisadores do laboratório de Amit mostraram que o método permite medir o tempo nas células do sistema imunológico em diferentes tecidos – o cérebro, os pulmões e o sistema digestivo de modelos animais.
Usando Zman-seq, Kirschenbaum e seus colegas conseguiram obter insights sobre por que o sistema imunológico é tão disfuncional no combate ao glioblastoma. “Por exemplo, mostrámos que as células imunitárias chamadas células assassinas naturais, que, como o seu nome indica, são cruciais para matar células nocivas, tornam-se disfuncionais muito rapidamente porque o tumor sequestra os seus mecanismos de morte – e isto acontece dentro de menos de 24 horas após a sua morte. entrada no tumor. Isto explica por que as tentativas terapêuticas de aproveitar o sistema imunológico para combater o glioblastoma são tão ineficazes”, diz Kirschenbaum.
Outros membros do laboratório de Amit no Departamento de Imunologia de Sistemas de Weizmann, incluindo o Dr. Ken Xie e o Dr. Florian Ingelfinger, contribuíram para o desenvolvimento do Zman-seq. Os colaboradores incluíram os imunologistas Prof. Marco Colonna da Universidade de Washington, Prof. Katayoun Rezvani da Universidade do Texas, Prof. Florent Ginhoux do Instituto de Imunologia de Xangai, o neurooncologista Dr. Theis do Centro Helmholtz de Munique e Prof. Nir Yosef do Instituto Weizmann.
Agora, os pesquisadores do laboratório de Amit estão desenvolvendo maneiras de bloquear os pontos de controle do tumor que incapacitam o sistema imunológico, a fim de reativar o sistema imunológico no glioblastoma e em outros tumores difíceis de tratar. Além disso, eles planejam adaptar o Zman-seq ao estudo da dinâmica temporal das células de todo o corpo humano. “Por exemplo, muitos pacientes com câncer estão recebendo terapia antes da cirurgia. Queremos usar o método para colorir as células imunológicas do corpo durante esse período para que, após a cirurgia, possamos entender melhor a dinâmica das células imunológicas no tumor e otimizar o tratamento dos pacientes”, acrescenta Kirschenbaum.
“Até hoje, havia vários métodos diferentes tentando analisar dados unicelulares e organizá-los ao longo de um eixo temporal de acordo com diferentes parâmetros. Mas essas abordagens foram todas um tanto arbitrárias na escolha da sequência de eventos”, diz Amit. “Zman-seq fornece os ‘fatos concretos’, as medições empíricas que permitem aos cientistas compreender a ordem precisa dos eventos pelos quais as células imunológicas e outras células passam quando entram em um tumor, e isso pode levar a um pensamento completamente novo sobre como gerar terapias mais eficazes para o câncer e outras doenças.”
Referência: “A transcriptômica unicelular resolvida no tempo define trajetórias imunológicas no glioblastoma” por Daniel Kirschenbaum, Ken Xie, Florian Ingelfinger, Jonathan Katzenelenbogen, Kathleen Abadie, Thomas Look, Fadi Sheban, Truong San Phan, Baoguo Li, Pascale Zwicky, Ido Yofe , Eyal David, Kfir Mazuz, Jinchao Hou, Yun Chen, Hila Shaim, Mayra Shanley, Soeren Becker, Jiawen Qian, Marco Colonna, Florent Ginhoux, Katayoun Rezvani, Fabian J. Theis, Nir Yosef, Tobias Weiss, Assaf Weiner e Ido Amit , 21 de dezembro de 2023, Célula.
DOI: 10.1016/j.cell.2023.11.032
A pesquisa do Prof. Ido Amit é apoiada pelo Dwek Institute for Cancer Therapy Research; o Centro Integrado de Câncer Moross; o Instituto Morris Kahn de Imunologia Humana; o Instituto da Sociedade Suíça para Pesquisa em Prevenção do Câncer; a Fundação da Família Elsie e Marvin Dekelboum; o Instituto EKARD para Pesquisa de Diagnóstico do Câncer; a Lotte and John Hecht Memorial Foundation e o Schwartz Reisman Collaborative Science Program.
O Prof. Amit é o titular da Cátedra Professorial Eden e Steven Romick.
