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Como sistemas modelo in vitro tridimensionais (3D), estruturas organoides de ilhéus pancreáticos emergiram como ferramentas cruciais na pesquisa em diabetes e medicina regenerativa, devido à sua capacidade de imitar de perto a composição multicelular e a estrutura espacial das ilhéus-do-gásnativas do pâncreas 1. Esses modelos não apenas fornecem uma plataforma única para entender a biologia do desenvolvimento das ilhotas e os mecanismos patológicos dodiabetes 2,3, mas também apoiam o desenvolvimento de terapias de reposição celular e sistemas de triagem de medicamentos4. Com a prevalência global do diabetes continuando a crescer — especialmente a deficiência absoluta de insulina causada por danos irreversíveis às células β no diabetes tipo 1 — a terapia convencional de reposição de insulina pode controlar os sintomas, mas não curar a doença. Enquanto isso, o transplante de ilhotas enfrenta uma grave escassez de doadores, tornando o desenvolvimento de fontes alternativas escaláveis de ilhotas uma prioridadeurgente 1,5. Ao aproveitar o potencial de diferenciação direcionada de células-tronco pluripotentes ou células-tronco adultas, a tecnologia semelhante a organoides de ilhéus pancreáticos pode ajudar a resolver essalimitação 6,7,8.
Nos últimos anos, houve avanços significativos em sistemas de cultura semelhantes a organoides de ilhotas pancreáticas baseados em células-tronco embrionárias humanas (hESCs) e células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs). Diversos estudos confirmaram que, ao otimizar protocolos de indução e condições de cultura, células-tronco podem se diferenciar em células semelhantes a ilhotas com funções de secreção de insulina responsivasà glicose 10. Avanços na tecnologia de reprogramação química permitiram a geração de hiPSCs sem manipulação genética, melhorando o potencialtranslacional 11. Em termos de sistemas de cultura, a cultura 3D combinada com combinações específicas de matriz extracelular e fatores de crescimento pode promover a auto-organização das células precursoras de ilhotas em estruturas organoides compostas por células α, β e δ12. No entanto, as tecnologias existentes ainda enfrentam inúmeros desafios, incluindo eficiência de diferenciação instável, maturidade funcional insuficiente e a falta de redes vasculares e microambiente imunológico — fatores-chavelimitantes 13 que restringem a aplicação mais ampla.
Apesar dos avanços na pesquisa sobre estruturas organoides semelhantes a ilhéus pancreáticos, várias questões científicas críticas nesse campo ainda precisam serresolvidas. Primeiro, a falta de definições padronizadas de organoides e procedimentos de construção dificulta a comparação direta dos resultados entre diferenteslaboratórios 15. Segundo, os sistemas de cultura atuais não conseguem replicar totalmente a complexa composição celular e a disposição espacial precisa das ilhotas pancreáticasnativas 16. Terceiro, questões centrais como estabilidade funcional durante a cultura organoide de longo prazo e sobrevivência pós-transplante permanecem insuficientementecaracterizadas 17. Além disso, a maioria dos protocolos existentes ainda depende de materiais matriciais derivados de animais, que sofrem de composição indefinida e grande variação de lote para lote, dificultando o controle de qualidade para aplicaçõesclínicas 18. Essas lacunas de conhecimento e técnicas dificultam seriamente a transposição de estruturas organoides semelhantes a ilhotas pancreáticas da pesquisa básica para a prática clínica.
Esse protocolo foi projetado para construir uma abordagem estável, acessível e repetível para gerar construções semelhantes a organoides de ilhéus pancreáticos usando células-tronco mesenquimais da medula óssea (BMSCs). O método estabelecido é destinado a pesquisas experimentais laboratoriais e aplicações pré-clínicas de triagem de medicamentos. As estratégias atuais para diferenciação de ilhotas induzidas pelo BMSC enfrentam múltiplas limitações, incluindo custos excessivos, padrões operacionais inconsistentes e aplicabilidade limitada. A maioria dos sistemas de indução existentes depende de citocinas recombinantes caras, matrizes profissionais de cultura e dispositivos de cultura de alta precisão, o que restringe muito seu uso generalizado. Para resolver essas limitações, o protocolo atual adota lisado de tecido pancreático suíno como fator central de indução. Essa estratégia de cultura otimizada e simplificada permite a diferenciação eficiente dos BMSCs em estruturas semelhantes a ilhotas com apenas equipamentos e condições de laboratório rotineiros.
Comparado aos métodos convencionais que dependem de hESCs, iPSCs ou cocktails de alto fator de crescimento de custo, a estratégia atual oferece várias vantagens práticas distintas. Elimina a necessidade de reagentes caros e configurações complexas de cultura, reduz custos experimentais e permite resultados consistentes com variabilidade inter-lotemínima 10,11,12,13. Ao contrário dos sistemas baseados em matrizes xenogênicas, este protocolo utiliza um lisado de tecido simplificado, melhorando a controlabilidade experimental e a reprodutibilidade noslaboratórios 15, 16, 17 e 18. Além disso, os BMSCs são facilmente acessíveis, estáveis em cultura e livres de restrições éticas associadas às células-tronco pluripotentes, tornando essa abordagem particularmente adequada para uso rotineiro em laboratório.
As abordagens de pesquisa existentes são polarizadas no campo da modelagem de organoides pancreáticos: plataformas avançadas de organoides para transformação clínica são custosas e tecnicamente complexas, enquanto modelos alternativos simplificados não suportam análises funcionais aprofundadas. O protocolo proposto neste trabalho preenche essa lacuna de pesquisa ao oferecer um esquema técnico padronizado e intermediário. Essa abordagem preserva as propriedades fisiológicas centrais dos ilhéus pancreáticos e é totalmente compatível com ambientes laboratoriais convencionais básicos. Ele serve como uma ferramenta prática para pesquisadores focados em mecanismos de desenvolvimento de ilhéus, modelagem de doenças diabéticas e avaliação preliminar de candidatos a medicamentos, especialmente para equipes equipadas com infraestrutura rotineira de cultura celular, mas que não possuem plataformas profissionais de cultura de células-tronco. Embora esse método não possa gerar organoides totalmente vascularizados ou imunologicamente competentes para pesquisas avançadas específicas, ele é bem adequado para triagem experimental preliminar, exploração mecanicista e treinamento acadêmico em pesquisa biológica em ilhotes.
Este trabalho foca na construção de um sistema de cultura econômico e padronizado para estruturas semelhantes a organoides de ilhéus pancreáticos, com o objetivo de oferecer um modelo de pesquisa tridimensional e credível para estudos relacionados ao diabetes. Ao analisar sistematicamente como diversos regimes de indução e ambientes de cultura afetam a eficiência da formação de organoides e as características morfológicas, esta pesquisa busca superar os principais obstáculos técnicos que restringem o progresso nesse campo. Os objetivos centrais da pesquisa abrangem três aspectos principais: estabelecer um protocolo universal de cultura aplicável a laboratórios básicos comuns sem instrumentos sofisticados, formular padrões quantitativos de avaliação para avaliar a qualidade dos organoides e otimizar estratégias de cultivo para sustentar a estabilidade morfológica e funcional dos organoides durante a incubação de longo prazo. Os resultados deste estudo podem fornecer sólido suporte técnico para a exploração experimental in vitro, ao mesmo tempo em que constrói um modelo prático e confiável para pesquisas sobre mecanismos de desenvolvimento de ilhotas e triagem de fármacos hipoglicemicos.