Já é possível criar dentes com células-tonco.

Ophir Klein está crescendo nos dentes, que é apenas um pouco menos estranho do que Jeffrey Bush está crescendo - tecidos que compõem o rosto. Jason Pomerantz está crescendo muscular; Sarah Knox está crescendo nas glândulas salivares; e Edward Hsiao está imprimindo ossos 3-D usando uma máquina que parece tão complexa como um rádio relógio. Juntos, esses membros da faculdade da UC San Francisco estão cultivando órgãos do complexo cranio facial - o crânio e o rosto - que muitas vezes são terrivelmente errado durante o desenvolvimento fetal. As deformidades desses ossos ou tecidos moles, os defeitos congênitos mais comuns, podem reduzir a vida ao bloquear a via aérea ou a circulação. Ou podem desfigurar um rosto tão profundamente que uma criança luta para ver, ouvir ou falar. Talvez o mais doloroso de todos, tais deformidades tornam as crianças fisicamente outras, potencialmente levando a uma vida de cirurgias corretivas e isolamento social.
Como diretor do Programa UCSF em Biologia Craniofacial, a Klein orquestra um esforço de pesquisa multisite para traduzir os achados científicos básicos na regeneração de tecidos em tratamentos aprimorados para essas crianças. Usando células-tronco de pacientes com deformidades craniofaciais, Klein, Bush, Pomerantz, Knox, Hsiao e seus colegas estão crescendo pequenos segmentos funcionais de órgãos, chamados organoides, para descobrir exatamente quando e como no desenvolvimento fetal ocorrem falhas de design.
Eles estão entre cientistas da UCSF que estão cultivando sistemas celulares, como cérebros em miniatura e seios de células do paciente. Eles servem como dioramas da doença - modelos derivados de células humanas - quer deslocando ou complementando os modelos de ratos que têm servido a ciência bem, embora, de maneira inexata, há muitos anos. O esforço é um dos ganhos mais óbvios e viáveis ​​até o momento da ciência das células-tronco. Com estes organoides, médicos e cientistas não podem apenas traçar os caminhos do desenvolvimento normal e anormal, mas também testar drogas e outros tratamentos para a sua eficácia em seres humanos. Os organoides também são um pequeno passo em direção ao objetivo final de gerar órgãos completos, como uma forma de contornar questões de rejeição e salvar a vida daqueles que agora morrem à espera de transplantes.Zev Gartner está crescendo organoids de mama com proporções precisas de células normais e tumorais (mostradas à esquerda) para entender como as interações célula-célula contribuem para o crescimento tumoral. Foto: Elisabeth Fall.

Como os reservatórios do desenvolvimento humano, as células-tronco levam-se a si mesmas para renovar e diferenciar incansavelmente em uma miríade de células necessárias para construir um corpo de um embrião. Ao criar um organoide, as metáforas de construção típicas não se aplicam. Não há blocos de construção para pregar, empilhar ou soldar e não encomendar ordens de ladrar do supervisor do local de trabalho. "Não é assim que a biologia funciona", diz Zev Gartner, PhD, professor associado de química farmacêutica. "É um processo auto-organizado", explica ele, um processo que começa no útero com células-tronco embrionárias (ESC) ou, no caso de organoides, células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs). Os iPSCs são células maduras que são removidas para o seu primeiro estágio de desenvolvimento, usando um processo desenvolvido pelo Professor de Anatomia da UCSF, Shinya Yamanaka, MD, PhD, que ganhou um Prêmio Nobel por descobrir o processo. Para fazer organoids, os iPSCs são colocados através de uma série de soluções, depois adicionados a um gel que imita a matriz celular de 3-D do embrião. O gel fornece as condições adequadas para que eles possam trabalhar.
"Pegue um órgão como o pulmão. Suas unidades funcionais básicas são um tubo e um saco, e fora desse saco são capilares que permitem a troca de gás. Centenas de milhões de tubos e sacos fazem pulmão ", explica Gartner. "Você pode fazer os pequenos sacos e os tubos em um prato como um modelo de organóide. Mas não sabemos como conduzir a auto-organização dessas unidades em estruturas muito mais complexas, elaboradas e altamente ramificadas ". A limitação fundamental dos organoides é que eles não possuem a vasculatura que traz sangue carregado de nutrientes para alimentar a evolução de a estrutura maior.

Gartner observa que as pessoas que trabalham com células-tronco tendem a se concentrar tanto na medicina regenerativa como na modelagem da doença. Os interessados ​​em doenças fazem modelos de tecidos para que eles possam entender como as doenças funcionam, enquanto aqueles interessados ​​em medicina regenerativa tentam fazer modelos de tecido saudável que possam ser transplantados. Gartner se encaixa em ambos os campos. Ele cresce organoides de mama. "A glândula mamária é ótima porque podemos pensar simultaneamente sobre esses dois fenômenos como dois lados da mesma moeda", diz ele. "Um é o medicamento regenerativo através da auto-organização e o outro é entender a progressão do câncer de mama através de uma quebra na auto-organização".
Portanto, há potencialmente uma recompensa tripla na ciência das células-tronco: ao deduzir como uma mama se forma, o Gartner pode descobrir como cultivar todo o órgão. Ao traçar como o câncer lança uma chave nas obras, ele pode conseguir formas de impedir esse processo.