No âmago da compreensão do desenvolvimento humano reside uma questão persistente: como nossas células se coordenam para formar órgãos complexos como a pele, músculos e ossos? 

A gastrulação, um estágio crucial no desenvolvimento embrionário, é um ponto focal para desvendar esse mistério. É durante este estágio que células embrionárias passam de uma camada única para uma estrutura multicelular tridimensional, definindo o eixo corporal principal. Em humanos, a gastrulação ocorre aproximadamente 14 dias após a concepção.

Para compreender esse processo, cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego e da Universidade de Harvard, nos EUA, junto com uma equipe da Universidade de Dundee, no Reino Unido, examinaram embriões de galinhas. Como não é viável estudar embriões humanos nesse estágio, os pintinhos compartilham semelhanças marcantes nessa fase inicial do desenvolvimento.

Imagem mostra o desenvolvimento de embriões de pintinhos gêmeos, com as estrias amarelas marcando as futuras medulas. Crédito: Mattia Serra group, UC San Diego

Modelo matemático conecta a evolução de galinhas, peixes e rãs

Os pesquisadores construíram um modelo matemático capaz de prever com precisão os movimentos celulares durante a gastrulação observados sob um microscópio, marcando a primeira vez em que uma simulação calculada pôde reproduzir esses fluxos em embriões de galinhas.

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Além de replicar as observações experimentais, a equipe “perturbou” o modelo, alterando condições iniciais ou parâmetros. Os resultados foram surpreendentes: o modelo gerou fluxos celulares observados em espécies diferentes de vertebrados, como rãs e peixes, mas não naturalmente nos pintinhos.

Para validar esses resultados, os biólogos imitaram as perturbações do modelo em embriões de pintinhos no laboratório. Os embriões manipulados também apresentaram fluxos de gastrulação observados em peixes e rãs, confirmando as previsões do modelo.

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Estudo do desenvolvimento humano para produção de biomateriais

Publicado nesta quarta-feira (6) na revista Science Advances, esse estudo sugere que os princípios físicos subjacentes à auto-organização multicelular podem ter evoluído entre diferentes espécies de vertebrados. 

Mattia Serra, principal autor do artigo, enfatiza que, embora essas espécies vivam em ambientes distintos, alguns princípios fundamentais de auto-organização na gastrulação podem ser universais entre elas.

Atualmente, Serra e sua equipe exploram outros mecanismos relacionados à formação de padrões na escala embrionária. O objetivo é impulsionar avanços na criação de biomateriais e na medicina regenerativa, potencialmente contribuindo para vidas humanas mais saudáveis e longevas.

“O corpo humano é um sistema dinâmico incrivelmente complexo”, afirma Serra. “As infinitas questões biológicas, físicas e matemáticas sobre nossos corpos são fascinantes. Não há limites para as descobertas que podemos fazer”.