AULA 11 BIOTECNOLOGIA: CÉLULAS-TRONCO, CLONAGEM E TRANSGÊNICOS

O QUE SÃO CÉLULAS-TRONCO? Células indiferenciadas que têm a capacidade de se multiplicar e se diferenciar em células especializadas. São células capazes de gerar outras células diferentes de si mesmas. Ex. Enquanto uma célula da pele, por exemplo, é capaz de reproduzir apenas mais pele, as células-tronco são células ”mestres“ com capacidade de diferenciar-se em qualquer célula.

Onde encontramos Células-tronco adultas? As células-tronco adultas são encontradas em vários tecidos (como medula óssea, sangue,fígado, polpa dentárea) de crianças e adultos, e também no cordão umbilical e na placenta.

TIPOS DE CÉLULAS-TRONCO ADULTAS Cordão umbilical Tecido adiposo Polpa dentária Sangue Menstrual Liquído amniótico Problema: não são capazes de se diferenciar em todos os tipos de células humanas Solução: utilizar células-tronco embrionárias http://www.objetivo.br/portal/img/roteiro_celulas_tronco3.jpg

Células-tronco do cordão umbilical O sangue do cordão umbilical é uma fonte de vida que geralmente é descartada após o parto e que através de um procedimento simples, pode representar a esperança de vida e de cura para muitas pessoas. As características especiais destas células – chamadas “células da esperança” – tem demonstrado expressiva vantagem quanto à sua eficácia terapêutica no tratamento de inúmeras doenças onco-hematólogicas onde estaria indicado o transplante de medula óssea.Tais células demonstram um potencial superior em transformarem-se em células do sistema nervoso, músculo cardíaco, ossos, pele, entre outros tecidos.

Utilização das células-tronco do cordão umbilical

Células-tronco da medula óssea As células-tronco encontradas na medula óssea são as mais conhecidas. Há pouco mais de três décadas, os transplantes de células-tronco da medula óssea têm devolvido esperança de vida a milhares de pacientes portadores de doenças onco-hematólogicas, doenças imunológicas e genéticas. Um obstáculo bastante considerável para o êxito deste procedimento, é encontrar um doador compatível cujas células-tronco de sua medula óssea possam ser administradas ao paciente risco de rejeição. A chance às vezes chega a 1 em 1 milhão. Este fato tem ocasionado muito desalento a médicos e pacientes.

Utilização das células-tronco da Medula óssea

CT Cordão Umbilical X CT Medula óssea Características e Vantagens: 1- As células-tronco do cordão umbilical estão prontamente disponíveis para o uso, pois encontram-se criopreservadas e armazenadas em tanques de nitrogênio líquido. Este fato confere maior rapidez aos tratamentos para os quais o transplante está indicado. As células-tronco da medula óssea além de não estarem prontamente disponíveis, exigem um exaustivo processo de busca pela compatibilidade desejada.

CT Cordão Umbilical X CT Medula óssea 2- As células-tronco do cordão umbilical são menos imunorreativas que as células da medula óssea, diminuindo consideravelmente a ocorrência de rejeição. Possibilitando, portanto, sua utilização num universo maior de pacientes, além de contribuir para o melhor êxito do transplante. 3- Ao contrário das células da medula óssea, as células do cordão umbilical têm a vantagem adicional de não terem sido submetidas às agressões ambientais, físicas, químicas, biológicas ou psíquicas, preservando seu potencial terapêutico intacto.

Células-tronco Adultas Local Origem Característica Indicação Cordão Umbilical Sangue do cordão umbilical de recém- nascidos São mais potentes que as de medula e oferecem menos risco de rejeição em transplantes Apenas para tratar doenças do sangue. São uma segunda opção em relação às células de medula, pois seus riscos de infecção são maiores Medula óssea Parte interna dos ossos. A maior concentração delas está na bacia. São as células-tronco mais utilizadas em transplantes e pesquisas, já que são estudadas há mais tempo e obtê-las é relativamente fácil. Tratamento de doenças do sangue. Estudos avaliam sua eficácia para tratar de doenças auto-imunes, como lúpus e diabetes tipo 1, e disturbios cardiovasculares. Fetais Tecidos de fetos abortados, especialmente os germinativos, ou seja, os testículos de fetos masculinos e ovários de fetos femininos. Apresentam baixíssimo risco de rejeição. A forma de obtenção dos fetos, portanto é polêmica e envolve várias questões éticas. São usadas especialmente na China onde as leis sobre aborto são bastante liberais. Os pesquisadores usam essas células para tratar doenças como o Parkinson. Tecidos Cérebro, pele, coração, olhos,dentes, intestino, músculos, gordura e sangue, entre outros. Seu uso é mais restrito por serem de difícil multiplicação e por sua dificuldade em se transformar em outros tipos de células. Em geral, são usadas em transplantes feitos no próprio paciente do qual foram retiradas. Como queimaduras e problemas de retina.

Doenças Tratadas com células-tronco adultas Doenças Cardiovasculares Células-tronco são retiradas da medula óssea do paciente e implantadas no músculo cardíaco. Lesões da Medula espinhal Implante de células-tronco da medula óssea na medula espinhal.

O uso de células-tronco para o reparo de órgãos e tecidos lesados, abre as portas para uma nova era, rica em possibilidades, e batizada de medicina regenerativa. Apesar do entusiasmo dos cientistas e das esperanças depositadas por uma parcela considerável da população que poderá um dia beneficiar-se do conhecimento gerado nessa área, são necessárias muitas pesquisas, financiamentos e disposições políticas, éticas e morais para compor o cenário ideal ao pleno desenvolvimento dessa área terapêutica.

CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS Após fecundação dos gameta feminino e masculino, in vitro, coloca-se em meio de cultura nutritivo, que desenvolve-se em: 2 blastômeros, 4, 8, 16, mórula, blástula, gástrula, nêurula, (embrião e feto). Na fase blástula são extraídas células que recebem estímulos para se diferenciar em diversos tipos de tecidos do corpo humano, que poderão ser usados para substituir órgãos humanos danificados (pâncreas, fígado, músculos, coração, etc).

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CLASSIFICAÇÃO DAS CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS http://bgdsancho1.no.sapo.pt/images/embriao_humano.gif Totipotentes: capazes de formar um ser humano completo (até 4º. dia após fecundação) Pluripotentes: podem criar os 216 tipos de tecidos humanos (5º. ao 14º. dia) Multipotentes: geram os tecidos dos quais se originaram. (15º. dia em diante) – Ex. Células-tronco adultas de medula óssea geram as células do sangue.

APLICAÇÃO DAS CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS Substituir tecidos doentes ou lesionados, como nos distúrbios neuromusculares ou em casos que o organismo deixou de produzir alguma substância como nas doenças de Parkinson e diabetes, ou outras mais graves como câncer, etc. (+ ou – 10 anos) - Desenvolver novos medicamentos para doenças genéticas.

INÍCIO DE UMA NOVA ERA CIENTÍFICA Transplante de medula óssea e autotransplantes Problema: rejeição orgânica e morte dos pacientes Solução: Análise da compatibilidade dos antígenos leucocitários 1980 – Cambridge/Inglaterra – Cientistas Martin Evans e Mario Cappechi e na Carolina do Norte/EUA – o Bioquímico, Oliver Smithies Experimento: retiraram células de embrião de camundongo recém-fertilizado e fizeram alteração genética e reimplante das modificações no embrião - as células se transformaram em qualquer célula e se multiplicaram indefinidamente.

Supremo Tribunal Federal e a Lei de Biossegurança Março/2005 – Aprovada e contestada por ADIN (Ação direta de Inconstitucionalidade). Maio/2008 – Votação final: 6 votos a favor e 5 contra a Lei. Obs.: Uso de camundongos em laboratório - equivalência de 99 % dos genes humanos e desenvolvimento rápido (9 semanas).

CÉLULAS-TRONCO NO BRASIL No dia 02/03/2005 – 22 horas, no Congresso Nacional, em Brasília, os deputados brasileiros aprovaram a Lei de Biossegurança, que no seu artigo 5º. autoriza o uso de pesquisas com células-tronco embrionárias. Neste caso, os embriões encaminhados a pesquisa devem ser gerados em clínicas de fertilização in vitro e congelados há mais de 3 anos e/ou serem considerados sem qualidade para serem implantados em útero para gerar um novo ser humano. Seu uso deve ser autorizado pelos genitores e pelo conselho de ética e pesquisa da instituição do cientista pesquisador (pessoa jurídica pública ou privada: universidades, laboratórios e serviços de saúde). A Lei de Biossegurança proíbe a clonagem terapêutica e reprodutiva. A Lei dos Transplantes de Órgãos proíbe a comercialização de material biológico.

No dia 30/05/2005, o Procurador-geral da República Cláudio Fonteles entrou com uma Ação Direta de Inconstitucionalidade (ADIN) contra o artigo 5º. da Lei da Biossegurança. Em 20.04.2007, o STF realizou de forma inédita uma audiência pública sobre o uso de células-tronco embrionárias – 20 especialistas debateram o tema durante 1 ano. Em 05.03.2008, o STF começou o julgamento, que terminou em maio, com 6 x 5 votos. Na pesquisa do IBOPE/2008, com a população em geral, 75 % é favorável as pesquisas; 25 % concorda, mas impõe restrições e 5 % discorda totalmente.

Clonagem Originada da palavra grega Kólon, é basicamente uma forma de reprodução assexuada – indivíduos idênticos ao provedor do DNA.

Clonagem Técnicas de duplicação utilizadas em genes, células, tecidos, órgãos e seres vivos; ocorre naturalmente em organismos unicelulares e plantas; Pode ser definida como método artificial de reprodução – utiliza células somáticas no lugar de células germinativas; Fecundação substituída por fusão.

Clonagem No processo , os indivíduos resultantes são gerados de outro pré existente, e portanto terão as mesmas características genéticas cromossômicas do “doador”. Em seres humanos, isso só acontece no caso de gêmeos univitelinos.

Histórico da clonagem 1938: Idéia da clonagem. Hans Spermann - proposta de transferência do núcleo de uma célula em estágio tardio de desenvolvimento para um óvulo; 1952: 1a experiência do gênero - Clonagem de girinos; 1970: pesquisa com embriões de Ratos; 1979: pesquisa com embrião de ovelhas;

Histórico da clonagem 1981: Pesquisadores da Universidade de Genebra (Suíça) – clones de ratos a partir de células embrionárias; 1984: Stean Willadsen (Universidade de Cambridge) clonou uma ovelha a partir de células embrionárias jovens. Técnicas foram repetidas com outros animais;

Histórico da clonagem 1996: Surgiu a Dolly, que teve seu nascimento anunciado em 1997, tornando-se um marco na Era Biotecnológica.

Métodos de clonagem Basicamente dois métodos: Extração do material genético de célula somática e inserção em óvulo cujo núcleo com DNA tenha sido retirado; Fusão de uma célula inteira com um óvulo sem material genético.

Clones em Humanos 1) As células somáticas são retiradas do doador 2) Essas células são cultivadas em laboratório 3) De uma doadora colhe-se um óvulo não fertilizado 4) O núcleo contendo DNA é retirado do óvulo 5) A célula cultivada é fundida ao óvulo por meio de corrente elétrica 6) Agora temos o óvulo fertilizado com nova informação genética 7) Este óvulo vai se desenvolver até a fase de blástula (embrião com mais de 100 células) onde estão as células tronco.

Animais Clonados Ovelhas Sapos Macacos Mamutes Porcos Cachorros Ratos Cabras Sapos Mamutes Cachorros Bovinos

CLONAGEM ANIMAL Em 1997 um anúncio marcou a história da genética ovelha da raça Finn Dorset chamada de Dolly.

Dolly, o marco Fevereiro de 1997 - o escocês Ian Wilmut, do Instituto Roslin – Primeira experiência de Clonagem

Como foi realizado o processo de clonagem da ovelha Dolly? Eles isolaram uma célula mamária congelada de uma ovelha da raça Finn Dorset de seis anos de idade e a colocaram numa cultura com baixa concentração de nutrientes. Com isso a célula entrou em um estado de latência parando de crescer. Em paralelo, foi retirado o óvulo não fertilizado de uma outra ovelha, da raça Scottish Blackface, de cor escura. Desse óvulo não fertilizado foi retirado o núcleo, transformando-o em um óvulo não fertilizado e sem núcleo.

Como foi realizado o processo de clonagem da ovelha Dolly? Através de um processo de eletrofusão ocorreu a união do núcleo da ovelha da raça Finn Dorset com o óvulo sem núcleo da ovelha da raça Scottish Blackface, dando início à divisão celular: uma célula em duas, duas em quatro, quatro em oito e assim por diante.

Como foi realizado o processo de clonagem da ovelha Dolly? Na fase de oito a 16 células, as células se diferenciam formando uma massa de células internas originando o embrião propriamente dito. Após seis dias, esse embrião, agora com cerca de 100 células, é chamado de blastocisto. O blastocisto foi colocado no útero de uma outra ovelha da raça Scottish Blackface que funcionou como "barriga de aluguel". Após a gestação, esta ovelha que é escura deu à luz um filhote branquinho da raça Finn Dorset chamada Dolly.

Glandulas mamárias de ovelha de pela branca Núcleo implantado em um ovócito anucleado, proveniente de outra ovelha de pelagem negra O embrião resultante foi implantado no útero de uma terceira ovelha

                                                                                      A esquerda ovelha da raça Finn Dorset e a direita ovelha da raça Scottish Blackface

QUAL FOI A GRANDE DESCOBERTA? O maior feito dos cientistas, foi fazer com que uma célula adulta se tornasse totipotente (células-tronco) de novo. As células-tronco (ou totipotentes) possuem a capacidade de se diferenciarem em diferentes tipos de células, em um processo antes considerado irreversível.

QUAL FOI A GRANDE DESCOBERTA? Estava aberto o caminho para a clonagem terapêutica e a terapia por células-tronco.

Apesar do sucesso da clonagem, a técnica apresentou alguns erros: A ovelha Dolly não era tão idêntica ao doador do núcleo, apesar de herdar da ovelha branca o DNA contido nos cromossomos do núcleo da célula mamária, ela também herdou da ovelha escura o DNA contido nas mitocôndrias, organelas que ficam no citoplasma das células.

Com o passar do tempo foi percebido que Dolly apresentava as extremidades dos cromossomos (telômeros) diminuída gerando envelhecimento celular precoce. Devido ao envelhecimento, Dolly sofria de artrite no quadril e joelho da pata traseira esquerda. Sugere-se que isto ocorra pelo fato de que ela tenha sido criada a partir de uma célula adulta de seis anos (idade da ovelha doadora do núcleo), e não de um embrião.

Dolly foi sacrificada aos 6 anos de idade, depois de uma vida marcada por envelhecimento precoce e doenças. Em seus últimos dias, Dolly estava com uma doença degenerativa e incurável nos pulmões. Os problemas de saúde de Dolly levantam dúvidas sobre a possibilidade da prática de copiar a vida.

Dolly (1997-2003) Sacrificada Doença degenerativa pulmonar Doença típica de ovelhas velhas Expectativa de vida das ovelhas: 6 anos mas podem viver até 12 anos.

Pontos positivos da clonagem: Utilização da técnica de clonagem para obtenção de células tronco a fim de restaurar a função de um órgãos ou tecido. A clonagem "terapêutica" teria a vantagem de não oferecer riscos de rejeição se o doador fosse a própria pessoa. (ex.: reconstituir a medula em alguém que se tornou paraplégico após um acidente, ou substituir o tecido cardíaco em uma pessoa que sofreu um infarto). Diminuição ou fim do tráfico clandestino de órgãos Ajudar casais inférteis que não podem ter filhos, mesmo após anos de tratamento de infertilidade. Melhoramento animal, resgate de material genético, maximização do potencial genético de uma raça.

Macacos -Criado no EUA, o primeiro primata geneticamente modificado do mundo, teve um gene do animal marinho inserido em seu DNA. -Nova cobaía transgênica –muito mais semelhante ao homem do que os tradicionais ratos modificados de laboratório.

Ratos Cientistas do Havaí clonaram o primeiro adulto do sexo masculino – o rato Fibro. Criado a partir de um pedaço do rabo de um camundongo: foram colhidos 700 óvulos produzidos por ratas e descartaram o núcleo deles. O material foi substituído por células extraídas da cauda do doador. Apenas 274 embriões resultaram dessa operação e foram implantadas em 25 ratas que funcionaram como “mães de aluguel”. O índice de sucesso foi baixíssimo: apenas Fibro sobreviveu.

Sapos 1952-Primeira experiência com clonagem de girinos a partir de células somáticas 1962- mesmo procedimento com sapo adulto 1975-transferência de células de pele de rãs adultas para ovos Xenopus enucleados

Sapos Os anfíbios foram os primeiros organismos superiores a serem clonados

Cachorros O animal mais recentemente clonado!!! - Intenção clonar animais de estimação e animais de grande potencial pecuário para novas opções de mercado

Clones Brasileiros Bovinos As pesquisas em reprodução animal na Embrapa começaram em 1984, e são o resultado da tecnologia de transferência nuclear. Vitória foi obtida como resultado de núcleos transferidos de um embrião de cinco dias coletado de uma vaca simental pela técnica de transferência de embriões clássica, na qual uma célula é enucleada (célula recipiente) e depois é feita a fusão com a célula doadora retirada de um embrião. Foto: divulgação.

Clonagem na Agricultura Propagação de plantas assexuadamente – Clonagem Vantagem dessa tecnologia: uniformidade O ambiente pode interferir,mas se as plantas tem a mesma constituição genética, maior controle Com a seleção genética é possível multiplicar plantas que já foram modificadas

CLONAGEM REPRODUTIVA e TERAPÊUTICA Retira-se o núcleo de um óvulo doado Coleta-se uma célula adulta de outro doador e retira-se o núcleo (Ex. Célula da Pele) Implanta-se o núcleo da célula adulta (pele) no óvulo sem núcleo Na Clonagem reprodutiva (1996): o óvulo com o novo núcleo é implantado em um útero que gestará o ser vivo, CLONE. Ex. Ovelha Dolly. É PROIBIDA EM SERES HUMANOS.

Clonagem terapêutica Conceito: é a técnica que fabrica embriões a partir da transferência do núcleo da célula já diferenciada, de um adulto ou embrião, para um óvulo sem núcleo. Não há o implante em um útero, logo não pode reproduzir seres humanos. Vantagem: possibilita a obtenção de células-tronco embrionárias pluripotentes, potencialmente capazes de produzir qualquer tecido em laboratório, o que poderá permitir o tratamento de doenças cardíacas, doenças degenerativas(Alzheimer, Parkinson), câncer, além da reconstituição de medula óssea, de tecidos queimados ou tecidos destruídos etc, sem o risco de rejeição, caso o doador seja o próprio beneficiado com a técnica. Limitação: no caso de doenças genéticas, o doador não pode ser a própria pessoa porque todas as suas células têm o mesmo defeito genético.

Na Clonagem terapêutica (2004): o óvulo não é implantado em útero, mas mantido em substância nutritiva em laboratório, se atingir o estado de blástula (blastocisto) torna-se capaz de produzir linhagens de células-tronco embrionárias totipotentes, que podem ser utilizadas em pesquisas para a cura de doenças. (transferência nuclear ou transplante celular).

Transgênicos

Conceito Transgênicos ou OGMs são organismos manipulados geneticamente, de modo a fornecer características desejadas pelo homem. OGMs possuem alterações em seu genoma realizadas através da tecnologia do DNA recombinante ou da Engenharia genética.

Objetivos A geração de transgênicos visa à obtenção de características específicas por um organismo de interesse. Resultados na área de transgenia já são alcançados desde a década de 70, época na qual foi desenvolvida a técnica do DNA recombinante. O primeiro transgênico foi a bactéria Escherichia coli, que sofreu adição de genes humanos para a produção de insulina na década de 1980.

Alimentos Transgênicos

Alimentos Transgênicos Os alimentos transgênicos são modificados geneticamente em laboratórios com o objetivo de conseguir melhorar a qualidade do produto. Os genes de plantas e animais são manipulados e muitas vezes combinados. Os organismos geneticamente modificados, depois da fase laboratorial, são implantados na agricultura ou na pecuária.

Alimentos Transgênicos

Animais Transgênicos

Animais Transgênicos Em 1997, o primeiro bovino transgênico, a vaca Rosie, produzia leite enriquecido com a proteína humana lactoalbumina. Esse leite transgênico é mais nutritivo para humanos que o leite natural, e poderia ser introduzido na alimentação de crianças com carência de nutrientes específicos. Há também pesquisas em curso voltadas para a produção de leite transgênico contendo as proteínas necessárias para o tratamento de doenças como fenilcetonúria, enfisema hereditário e fibrose cística. Por exemplo, o Instituto A. I. Virtanen, da Finlândia, gerou um bovino contendo um gene cuja proteína correspondente promove o crescimento de hemácias em humanos.

Mosquito Transgênico Incapaz de transmitir a dengue! Exemplos Suínos alterados geneticamente em laboratório produzem gordura que faz bem para o coração! Mosquito Transgênico Incapaz de transmitir a dengue!

Países Produtores de Transgênicos

Aspectos Positivos. A vantagem é que são resistentes a insetos e pragas, se adaptam à diferentes climas, são mais produtivos e incorporam substâncias que auxiliam no combate à obesidade, ao colesterol alto e outros. Outro ponto é o aumento de produção de alimentos, que alguns especialistas afirmam poder reduzir o problema da fome. Esse aumento ainda poderia reduzir os custos de produção, facilitando assim a vida do agricultor.

Aspectos Negativos. Na natureza, os transgênicos empobrecem a biodiversidade e eliminam abelhas, minhocas e outros animais, além de espécies de plantas, também desenvolvem ervas daninhas resistentes. Suspeitas de que esses produtos poderiam causar doenças como o câncer, alergia, além de aumentar a resistência contra agrotóxicos e antibióticos.