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Estudo utiliza chip para avaliar fatores que comprometem a gestação bovina

Publicado em 16 junho 2021

Com o objetivo de investigar fatores que podem comprometer o sucesso gestacional em bovinos, pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) usaram uma espécie de chip para mimetizar o ambiente do endométrio – tecido que reveste a parte interna do útero.

O trabalho foi conduzido pelo biólogo Tiago Henrique Camara De Bem, pós-doutorando na Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo (FZEA-USP), e por mais quatro cientistas da Universidade de Leeds, no Reino Unido. Os resultados foram divulgados na revista Endocrinology.

A equipe focou em investigar alteração das concentrações de insulina e glicose nas células maternas (epiteliais e estromais) e as possíveis consequências para o desenvolvimento gestacional inicial.

As células epiteliais são as mais externas do endométrio e, portanto, estão em contato direto com o embrião. Já as estromais estão na parte interna do endométrio, são células de suporte que têm entre suas funções guiar o crescimento, a diferenciação e o desenvolvimento das células epiteliais.

O grupo descobriu que altas concentrações de glicose alteraram 21 genes codificadores de proteínas em células epiteliais e 191 em células estromais, com mudanças quantitativas também no secretoma das proteínas (conjunto de proteínas secretadas no meio de cultivo que, nesse caso, mimetiza o fluido do endométrio). “Conforme alteramos a quantidade de glicose e de insulina no meio de cultivo, estressando as células, podemos ativar ou desativar os genes.”

A alteração das concentrações de insulina modificou a secreção quantitativa de 196 proteínas, embora tenha resultado em mudanças limitadas no tocante à transcrição gênica. “Trata-se de uma possível composição proteica do fluido uterino, ou seja, do que essas células estariam secretando de proteína para o embrião. Vimos que esse conjunto de moléculas está relacionado com vias de sinalização bastante importantes para o sucesso inicial da gestação em bovinos, relacionadas ao metabolismo, à matriz celular e outros determinantes. Todas essas descobertas evidenciam um mecanismo pelo qual as alterações na glicose e na insulina maternas podem alterar a função uterina.”

Estresse

De acordo com o biólogo, o Brasil é referência na produção de embriões de bovinos no mundo, mas as taxas de perdas de gestações ainda são altas. “Aqui, grande parte dos embriões é produzida por fecundação in vitro. Os oócitos (gameta feminino) são coletados, maturados, fecundados, cultivados e transferidos para receptoras sincronizadas. Mas em 40% dos casos a gestação se perde na terceira ou quarta semana”, afirma, lembrando que os bovinos têm período gestacional de aproximadamente nove meses, como os humanos.

Ele explica que o sucesso reprodutivo está atrelado a várias condições. “A gestação é uma relação de interação entre a mãe e o embrião que está se desenvolvendo no útero materno. Há ali um crosstalk entre as células do embrião e as da mãe, influenciado por múltiplos aspectos. Quando não há uma comunicação correta – ou o embrião não consegue sinalizar sua presença, ou a mãe não reconhece o embrião em desenvolvimento –, pode ocorrer perda gestacional.”

O estresse provocado por diversos fatores (ambientais, nutricionais, de processo produtivo, entre outros) pode gerar instabilidade na comunicação entre a mãe e o embrião e, consequentemente, na gestação. Ele revela que o problema maior, no caso dos bovinos, acontece com as vacas leiteiras de alta produção. Nessa categoria, o período pós-parto inicial é frequentemente associado ao estresse metabólico resultante do balanço energético negativo que acomete as fêmeas nesta fase.

“A glicose, por exemplo, é um substrato básico para o metabolismo celular e a célula precisa dela para desempenhar suas funções. As vacas em lactação estão sob desafio metabólico, produzindo leite. O consumo de energia delas é grande, pois precisam manter as funções básicas do organismo, além de todas as funções da produção de leite. E o status do metabolismo da mãe interfere muito na reprodução. Daí nossa preocupação em entender esses fatores causadores de estresse metabólico para o ambiente que receberá o embrião.”

Endométrio no chip

De Bem ressalta que a pesquisa foi uma parceria com a equipe da professora Niamh Forde, da Faculdade de Medicina da Universidade de Leeds, que também assina o artigo. “Ela investiga o reconhecimento materno da gestação em bovinos. Eu estou interessado em investigar os sinais que o embrião manda para a mãe. Achamos que seria uma boa colaboração e tivemos essa ideia de desenvolver um ‘endométrio no chip’ que permitisse um cultivo multicelular, ou seja, de mais de um tipo de célula do endométrio.”

O chip é como se fosse uma lâmina histológica, mas dividido em câmaras, que são compartimentos em que os cientistas fizeram a semeadura de dois tipos celulares. A divisão é constituída de uma membrana porosa que permite a troca de informações entre os dois tipos celulares cultivados nas diferentes câmaras, mas não permite que um tipo passe para baixo e o outro para cima. Trata-se de um chip comercial adaptado para simular um endométrio.

“Na câmara superior foram colocadas as células epiteliais. Na inferior, as células estromais. São dois tipos de célula fartamente encontradas no endométrio. O meio da câmara superior ficará enriquecido com fatores que as células epiteliais estão produzindo e secretando, representando o secretoma do endométrio”, explica o pesquisador.

O chip permitiu que fosse feita uma infusão constante do meio de cultivo. “Cultivamos as células por três dias, injetando meio de cultivo durante as 72 horas (um microlitro por minuto), contendo três diferentes concentrações de glicose ou duas diferentes concentrações de insulina. Ou seja, fomos mandando nutrientes bem devagarinho, em um fluxo que mimetiza a melhor fisiologia do meio. Isso nos garantiu que as células fossem expostas às mesmas concentrações de insulina e glicose durante todo o período do experimento”, conta.

Futuro

O método, que nunca havia sido usado para mimetizar um endométrio de bovino, é inovador, levando-se em conta o cultivo celular tradicional, ainda muito simples, pois não simula todas as condições do organismo. “O endométrio é tridimensional, com vários tipos de células e glândulas produzindo fatores e nutrientes para suprir essa gestação. Quando cultivamos um embrião in vitro pelo método tradicional, fazemos um cultivo estático, com um único tipo de célula, em um ambiente que não reflete a riqueza do ambiente original. Somos capazes de produzir as células, de transferir os embriões para uma receptora e eles geram animais saudáveis. Mas a intenção é fazer esse cultivo o mais próximo possível da realidade, no sentido da fisiologia.”

De Bem revela que os parceiros na Universidade de Leeds estão desenvolvendo outros tipos de chip para tentar inserir também o embrião. “A metodologia nos abre um leque e, no futuro, esperamos ter a possibilidade de fazer esse cultivo em conjunto com os embriões, para saber exatamente o que acontece em casos de alterações no meio e na comunicação com as células da mãe. É uma possibilidade de pesquisa mais aplicada.”

O trabalho do grupo também proporciona mais um modelo potencial para o estudo da gestação em mamíferos, incluindo seres humanos, e da endometriose (doença caracterizada pelo crescimento anormal do endométrio fora do útero).

“Com exceção dos primatas não humanos, o camundongo é o principal modelo de estudo para humanos. No camundongo, a formação da placenta é mais parecida com a humana. Por outro lado, a prole é numerosa, diferente da nossa. Nos bovinos, a placentação é bem diferente da humana, mas o período gestacional é mais próximo e eles têm apenas um filhote por gestação. Nunca existirá o modelo ideal, porque há diferenças entre as espécies. Mas este pode ser mais uma opção.”

As informações são da Agência Fapesp, adaptadas pela equipe MilkPoint.