Mini placentas impressoras em 3D criadas em laboratório numa estreia mundial.

A placenta é um órgão singular: existe apenas durante a gravidez e cresce a um ritmo semelhante ao de um tumor até atingir, aproximadamente, o diâmetro de um prato de jantar pequeno (cerca de 20 cm). É indispensável para o crescimento de todos os bebés, mas continuam a faltar peças importantes para compreendermos, ao detalhe, como se forma e amadurece.

Estudar a placenta enquanto a gravidez decorre é particularmente complicado. A colheita de amostras pode introduzir infeções ou, no pior cenário, desencadear um aborto espontâneo. Além disso, o tecido placentário recolhido após o parto já está muito distante da sua forma inicial, o que limita a utilidade dessas amostras para perceber as etapas mais precoces do desenvolvimento.

Os modelos animais também não resolvem o problema: as placentas de outros animais diferem frequentemente da humana, pelo que as conclusões nem sempre são transferíveis. Assim, muitos investigadores em gravidez têm permanecido com pouca visibilidade sobre as fases críticas e iniciais do desenvolvimento placentário.

Num novo trabalho publicado hoje na Nature Communications, descrevemos as primeiras mini-placentas artificiais produzidas por impressão 3D. Estes organoides placentários representam um avanço face às abordagens anteriores e abrem novas possibilidades para estudar a gravidez e esclarecer complicações como a pré-eclâmpsia.

Organoides: órgãos minúsculos criados no laboratório

Os organoides - descritos pela primeira vez em 2009 - marcaram um ponto de viragem na investigação biomédica.

Desde então, cientistas têm conseguido gerar organoides de muitos órgãos humanos a partir de células estaminais, colocando-as num gel, como se fossem “pepitas” suspensas numa gelatina. Esse gel imita o suporte do tecido onde as células normalmente assentam, permitindo que se agrupem e formem estruturas à medida que crescem e se dividem.

Em 2018, foram obtidos os primeiros organoides placentários a partir de trofoblastos, um tipo de célula existente apenas na placenta. Desde essa altura, equipas de investigação têm usado organoides placentários para reproduzir, numa placa de cultura, processos discretos do início da gravidez e revelar mecanismos que, de outra forma, seriam inacessíveis.

No entanto, grande parte desta investigação depende de géis derivados de animais, que não podem ser ajustados de forma controlada para refletir o ambiente em constante mudança da placenta real. Além disso, suspender células manualmente em géis dificulta a produção de um grande número de organoides de forma consistente.

Bioimpressão 3D da placenta: organoides placentários com maior controlo

A bioimpressão é uma variante da impressão 3D que utiliza células vivas e materiais compatíveis com células para construir estruturas tridimensionais. No nosso caso, combinámos células de trofoblasto com um gel sintético e controlável e imprimimo-las numa placa de cultura sob a forma de gotículas precisas, de maneira semelhante a uma impressora de jato de tinta de escritório.

As células impressas organizaram-se e deram origem a organoides placentários. Depois, comparámo-los com organoides gerados pelos métodos manuais já existentes.

Observámos que os organoides cultivados no gel bioimpresso evoluíram de forma diferente daqueles crescidos num gel de origem animal, incluindo diferenças no número de subtipos celulares formados. Este resultado reforça uma ideia central: o ambiente em que os organoides são cultivados pode orientar a forma como amadurecem.

Estes organoides mostraram-se muito semelhantes ao tecido placentário humano, funcionando como um modelo fiel da placenta nas fases iniciais. Também verificámos que era possível alterar a forma como as células se organizavam: bastava retirar organoides jovens do gel e deixá-los flutuar no meio líquido nutritivo.

Além de melhorar a qualidade do modelo, a bioimpressão ajuda a aumentar a precisão e a reprodutibilidade entre experiências. Isto é crucial quando se pretende comparar resultados entre laboratórios, padronizar protocolos e, no futuro, transformar modelos laboratoriais em ferramentas robustas de desenvolvimento de fármacos.

Porque é tão importante perceber a placenta

Em 2023, complicações da gravidez estiveram associadas a mais de 260 000 mortes maternas e a milhões de perdas de bebés em todo o mundo.

Uma complicação grave ligada à disfunção placentária é a pré-eclâmpsia, que afeta cerca de 5–8% das gravidezes. Provoca hipertensão arterial e pode lesar órgãos, muitas vezes com poucos sinais de alerta.

A pré-eclâmpsia pode obrigar a um parto antecipado e expõe tanto a mãe como o bebé a riscos importantes. Além disso, aumenta a probabilidade de a mãe vir a desenvolver problemas de saúde a longo prazo, incluindo doença cardíaca, diabetes e doença renal.

Atualmente, não existe uma cura para a pré-eclâmpsia além do parto, em parte porque ainda não compreendemos totalmente o que a desencadeia.

Fatores de risco como raça, idade, obesidade, hipertensão arterial prévia, diabetes, doenças autoimunes e o recurso a técnicas de procriação medicamente assistida permitem identificar mulheres com maior probabilidade de desenvolver pré-eclâmpsia. Em alguns casos, a toma de baixas doses de aspirina desde o início da gravidez pode reduzir o risco, mas os investigadores ainda não encontraram uma estratégia eficaz para prevenir todos os casos.

Quando a pré-eclâmpsia se instala, existem algumas opções farmacológicas para controlar as alterações da pressão arterial, mas a única cura continua a ser o nascimento do bebé. Isso frequentemente resulta em prematuridade e nos desafios inerentes a nascer antes do tempo.

Como mini-placentas melhores podem acelerar soluções

Com organoides placentários, torna-se possível começar a montar o puzzle das complicações da gravidez e avaliar novos medicamentos de forma mais segura. Como exemplo, expusemos os nossos organoides bioimpressos a um sinal imunitário que aparece em níveis elevados em mulheres com pré-eclâmpsia e, em seguida, testámos potenciais tratamentos para observar como os organoides cresciam e reagiam.

A partir daqui, os organoides bioimpressos podem ser ampliados para aprofundar o estudo da gravidez com ferramentas como o CRISPR, permitindo editar genes em células e identificar elementos decisivos neste processo finamente coordenado. Também poderão ser usados para investigar infeções e para testar fármacos quanto à sua segurança e eficácia em escala.

A bioimpressão melhora a exatidão, facilita a repetição consistente de experiências e reduz a necessidade de animais na investigação - tanto na obtenção de materiais como em fases de testagem de medicamentos. Embora alguma investigação animal continue a ser utilizada para testar efeitos num organismo vivo completo, este avanço representa um passo relevante em direção a métodos com menor dependência de modelos animais.

À medida que estes modelos forem refinados, aproximamo-nos de um futuro em que as complicações da gravidez poderão ser previstas, prevenidas e tratadas antes de colocarem vidas em risco.

Claire Richards, Docente em Biotecnologia, Universidade de Tecnologia de Sydney; e Lana McClements, Professora Associada e bolseira Heart Foundation Future Leader, Universidade de Tecnologia de Sydney

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.