Novo método permite acompanhar a atividade genética de células vivas sem destruí-las

Pesquisadores do Broad Institute e do MIT desenvolveram um método para analisar repetidamente a atividade genética de células vivas por meio de partículas semelhantes a vírus que exportam RNA, sem destruir as amostras.

O método permite coletar amostras sucessivas de RNA de uma mesma população celular e observar como muda ao longo do tempo. A técnica funcionou em células humanas, cancerosas,-tronco, neuronais, primárias e modelos tridimensionais.

Pesquisadores do Broad Institute do MIT e Harvard e do Instituto Tecnológico de Massachusetts desenvolveram um método que permite acompanhar a atividade genética de células vivas durante períodos sucessivos, sem a necessidade de destruí-las para acessar seu RNA. O avanço busca resolver uma limitação central da transcriptômica convencional: cada análise geralmente oferece uma fotografia isolada, pois a célula deve ser rompida durante a preparação da amostra.

A técnica, descrita na revista Cell, transforma as próprias células em uma espécie de sistema de auto-relato molecular. Em vez de extrair fisicamente o material genético, os pesquisadores as projetam para que empacotem parte de seu RNA em partículas semelhantes a vírus e o liberem no meio de cultura, onde pode ser coletado e sequenciado.

Essa possibilidade é especialmente relevante para estudar processos que mudam ao longo do tempo, como a maturação celular, a resposta a uma perturbação ou o efeito de um medicamento. Uma amostra do meio pode ser coletada repetidamente, permitindo que os cientistas comparem diferentes momentos de uma mesma população e reconstruam como evolui sua atividade genética.

O trabalho foi liderado por Mohamad Najia e Jacob Borrajo, junto com a coautora principal Anna Le, pesquisadora de pós-doutorado no laboratório de Paul Blainey. Blainey, membro sênior do Broad e professor de engenharia biológica no MIT, participou do desenvolvimento do projeto, que buscava criar ferramentas úteis para outros grupos de pesquisa. A equipe considerou que a materialização dessa ideia representava o resultado de um projeto de alto risco iniciado há mais de uma década.

O fundamento do sistema é inspirado em retrovírus, que evoluíram a capacidade de envolver seus genomas de RNA dentro de coberturas proteicas para transportá-los entre células. A equipe projetou células de mamífero para expressar uma proteína estrutural retroviral capaz de recrutar RNA celular, formar uma cobertura ao redor desse material e desprender-se da membrana em direção ao líquido que envolve a célula.

Uma vez liberadas as partículas, os cientistas só precisam coletar uma amostra do meio de cultura, isolar o RNA e sequenciá-lo. O resultado oferece uma representação do transcriptoma da população celular sem recorrer a procedimentos que a destruam ou que alterem de maneira significativa seu ambiente imediato.

A proposta tenta superar as limitações de alternativas baseadas em robótica, biópsias mecânicas ou manipulação individual de células, que podem ser difíceis de escalar em laboratórios comuns. Mohamad Najia explicou que uma solução codificada molecularmente poderia facilitar o estudo de questões dinâmicas e temporais em laboratórios de ciências da vida e de pesquisa biomédica.

O sistema ainda não equivale a uma leitura perfeita de cada célula individual, uma vez que os sinais obtidos correspondem principalmente à população analisada. No entanto, a equipe do Broad trabalha para adaptar a abordagem ao estudo de células individuais, uma evolução que poderia aumentar a resolução do método e ajudar a distinguir subpopulações com comportamentos diferentes.

Para avaliar a amplitude da técnica, os pesquisadores a testaram em células humanas imortalizadas, linhas celulares cancerosas, células-tronco e células neuronais derivadas delas. Eles também utilizaram células primárias obtidas de doadores humanos, o que permitiu verificar que o sistema não estava limitado a modelos celulares de laboratório com características muito específicas.

A equipe também cultivou dois tipos de células humanas ao mesmo tempo e utilizou etiquetas em partículas semelhantes a vírus para distinguir os sinais de cada população durante a análise. Essa capacidade pode ajudar a estudar interações entre células, desde que os pesquisadores possam identificar claramente a origem dos ARN que chegam ao meio.

Outra demonstração foi realizada em esferoides de células endoteliais humanas, estruturas tridimensionais nas quais a arquitetura espacial pode ser importante para interpretar a atividade genética. Após uma estimulação bioquímica, o método permitiu capturar mudanças transcricionais de curto prazo sem desmontar o modelo para extrair suas células.

Os pesquisadores também colaboraram com Linda Griffith, professora de engenharia biológica e mecânica no MIT, para testar o sistema em dispositivos de órgão-em-um-chip. Nesses modelos, o auto-relato celular permitiu monitorar ao longo do tempo a expressão de genes relacionados à formação de redes vasculares, cujas mudanças dependiam de se os fibroblastos de suporte provinham do útero ou do pulmão.

Os órgãos-em-um-chip buscam imitar aspectos da fisiologia humana e podem contribuir para reduzir a necessidade de testes pré-clínicos ou de experimentos com modelos animais. No entanto, sua complexidade dificulta a extração de células sem perturbar a estrutura do dispositivo, por isso uma ferramenta que colete sinais do meio poderia fornecer informações sem desmontar o sistema.

O mesmo princípio poderia servir para observar como uma população celular responde a medicamentos, estresse biológico ou sinais de maturação. Em vez de comparar amostras destruídas que provêm de grupos distintos, os pesquisadores poderiam acompanhar mudanças sucessivas em uma população e relacioná-las com o momento exato de uma intervenção.

A técnica também oferece uma via para investigar doenças nas quais a evolução temporal é determinante, embora o comunicado ainda não apresente uma aplicação clínica nem afirme que o método esteja pronto para ser utilizado em pacientes. Seus resultados correspondem a demonstrações experimentais em sistemas celulares e modelos de laboratório, portanto será necessário estudar sua precisão, estabilidade e comportamento em contextos mais complexos.

O laboratório de Blainey continua buscando novas aplicações biológicas e trabalha para viabilizar o estudo de células individuais. Por enquanto, o avanço propõe uma maneira distinta de entender a transcriptômica: em vez de forçar a célula a revelar seu conteúdo por meio de sua destruição, permite que ela envie periodicamente um sinal molecular sobre o que está ocorrendo em seu interior.

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