Cientistas Constroem Vasos Sanguíneos Humanos Funcionais em Apenas 5 Dias Usando Células-Tronco

Vasos sanguíneos são indispensáveis a praticamente todos os tecidos, mas recriar redes vasculares funcionais a partir de células-tronco humanas tem sido um processo lento, tecnicamente exigente e difícil de controlar. Os protocolos existentes de organoides vasculares geralmente levam três semanas ou mais, dependem do surgimento espontâneo de células murais e exigem o uso de matriz extracelular desde o início — o que limita a escalabilidade e a tradução terapêutica.

A equipe de pesquisa desenvolveu duas linhagens distintas de iPSC, cada uma carregando uma cópia induzível por doxiciclina de ETV2 (um determinante do destino endotelial) ou NKX3.1 (um determinante do destino de células murais). As células de ambas as linhagens foram inicialmente direcionadas para o mesoderma ao longo de dois dias e, em seguida, combinadas em proporção 1:1 e agregadas em um agitador orbital. Três dias de exposição à doxiciclina ativaram simultaneamente os dois fatores de transcrição, produzindo milhares de organoides vasculares de tamanho uniforme (~250 μm de diâmetro) em apenas cinco dias. Aproximadamente 50% das células tornaram-se células endoteliais CD31+/VE-Caderina+, enquanto o restante adquiriu identidade mural, expressando α-SMA e MYH11. Crucialmente, nenhuma ECM exógena foi necessária durante essa fase inicial.

O sequenciamento de RNA em massa e qPCR confirmaram que a codiferenciação tridimensional potencializou a maturação em comparação com os protocolos padrão em monocamadas 2D: as células endoteliais regularam positivamente CDH5, VWF, ERG, TEK e KLF2, enquanto as células murais apresentaram maior expressão dos marcadores contráteis ACTA2, TAGLN e MYH11, além de componentes de sinalização TGF-β/BMP. Quando os VOs foram subsequentemente incorporados em hidrogéis de colágeno/Matrigel por mais cinco dias, as redes vasculares se expandiram de forma expressiva — atingindo ~1.000 μm de diâmetro —, com lúmens bem definidos, deposição de membrana basal e uma mudança arterial na expressão gênica endotelial. Essa maturação foi atribuída à exposição à ECM em si, e não apenas ao tempo prolongado de cultivo.

Para eliminar preocupações com integração genômica, os autores também demonstraram a geração bem-sucedida de VOs por meio da entrega de mRNA modificado (modRNA) de ETV2 e NKX3.1 — uma alternativa sem pegada genética compatível com a tradução clínica. O sequenciamento de RNA em célula única de VOs maduros revelou diversas subpopulações vasculares, incluindo subtipos endoteliais arteriais, venosos, de células de ponta e em proliferação, além de células musculares lisas e pericitos, recapitulando a heterogeneidade vascular in vivo. A modulação temporal da expressão dos fatores de transcrição permitiu o ajuste dos fenótipos endoteliais arteriais versus angiogênicos.

O transplante in vivo em camundongos NSG imunodeficientes confirmou a integração funcional: os VOs enxertados sob a cápsula renal formaram vasos humanos perfundidos, anastomosados com a circulação do camundongo em 14 dias. Em modelos de isquemia de membro posterior, o transplante de VOs melhorou significativamente a recuperação do fluxo sanguíneo. Em um modelo de cotransplante com ilhotas pancreáticas, os VOs potencializaram o enxerto e a função das ilhotas, evidenciando a versatilidade terapêutica da abordagem. Em conjunto, essa plataforma oferece uma abordagem rápida, escalável e controlável para a produção de organoides vasculares, com grande potencial para medicina regenerativa, modelagem de doenças e engenharia de órgãos.