thumb|300px|direita|Células-tronco de um rato. As células-tronco ou células estaminais são células que permanecem indiferenciadas, ou seja, ainda não passaram pelo processo de diferenciação celular. Podemos definir célula estaminal como uma célula que, quando se divide, produz uma célula que retém esse caráter indiferenciado e uma segunda célula que pode sofrer diferenciação. Com isso, vemos que uma célula estaminal tem o potencial de se renovar a cada divisão, enquanto também produz uma célula nova capaz de responder ao seu ambiente, diferenciando-se de maneira particular (esse potencial nem sempre se verifica: algumas células-tronco dividem-se simetricamente, de modo que ambas as suas novas permanecem células estaminais). Algumas células-tronco adultas são capazes de se diferenciar em mais de um tipo celular, como as células-tronco mesenquimais e as células-tronco hematopoiéticas, enquanto outras são consideradas precursoras diretas das células do tecido em que são encontradas, como as células-tronco da pele ou as células-tronco gonadais.
Uma célula estaminal tem uma extensa capacidade de proliferação, criando mais células estaminais (utilizada para manutenção de um devido organismo, pois garante uma autorrenovação constante, como, por exemplo, as células sanguíneas) e criando descendentes celulares diferentes. As células estaminais são um conjunto embrionário de células que se mantêm mesmo em organismos adultos.Gilbert, S. F. 2003. Biologia do Desenvolvimento. Ribeirão Preto, SP: FUNPEC Editora, 5 ed. Células-tronco embrionárias são aquelas encontradas no embrião com até 4 a 5 dias de idade e têm a capacidade de formar todos os tipos celulares de um organismo adulto. Uma característica fundamental das células-tronco embrionárias é que elas podem ser mantidas (no corpo ou numa placa de cultivo) indefinidamente. O fato de uma única célula-tronco ser capaz de formar quase qualquer tipo de célula abre espaço para o uso dessas células como forma de experimentação para curar doenças ou regenerar tecidos danificados, como ocorre no ramo da ciência chamado engenharia de tecidos.
História O termo célula-tronco foi cunhado por Theodor Boveri e Valentin Haecker no final do século XIX. Trabalhos pioneiros na teoria das células-tronco hematopoiéticas foram conduzidos no início do século XX por Artur Pappenheim, Alexander A. Maximow e Franz Ernst Christian Neumann.
As propriedades fundamentais de uma célula-tronco foram definidas pela primeira vez por Ernest McCulloch e James Till na Faculdade de Medicina da Universidade de Toronto e no Ontario Cancer Institute no início da década de 1960. Eles descobriram a célula formadora do sangue, a célula-tronco hematopoiética (CTH), por meio de estudos pioneiros em camundongos. McCulloch e Till iniciaram uma série de experimentos nos quais células da medula óssea eram injetadas em camundongos irradiados. Eles observaram a formação de nódulos nos baços dos animais, cujo número era linearmente proporcional à quantidade de células de medula óssea injetadas. Postularam então que cada nódulo (colônia) era um clone originado de uma única célula da medula (célula-tronco). Em trabalhos subsequentes, McCulloch e Till, acompanhados pelo estudante de pós-graduação Andrew John Becker e pelo cientista sênior Louis Siminovitch, confirmaram que cada nódulo se originava de fato de uma única célula. Os resultados foram publicados na revista Nature em 1963. No mesmo ano, Siminovitch liderou estudos que comprovaram que essas células formadoras de colônias eram capazes de autorrenovação, uma das propriedades definidoras essenciais das células-tronco teorizadas por Till e McCulloch.
A primeira intervenção terapêutica utilizando células-tronco foi um transplante de medula óssea realizado pelo oncologista francês Georges Mathé em 1956 em cinco trabalhadores do Instituto de Ciências Nucleares de Vinča, na Iugoslávia, que haviam sido afetados por um acidente de criticalidade. Todos os trabalhadores sobreviveram.
Em 1981, células-tronco embrionárias (ES) foram isoladas e cultivadas com sucesso pela primeira vez a partir de blastocistos de camundongos pelos biólogos britânicos Martin Evans e Matthew Kaufman. Esse avanço viabilizou a criação de modelos genéticos murinos, sistema no qual genes de camundongos são deletados ou modificados para o estudo funcional de patologias. Em 1991, Ann Tsukamoto patenteou um processo que permitiu o isolamento de células-tronco humanas. Em 1998, células-tronco embrionárias humanas foram isoladas pela primeira vez pelo biólogo norte-americano James Thomson, abrindo caminho para novas metodologias de transplante e a obtenção de linhagens celulares para teste de novas terapias. Em 2006, a equipe de Shinya Yamanaka, em Quioto, no Japão, reprogramou fibroblastos em células-tronco pluripotentes mediante a modulação da expressão de apenas quatro genes. Esse feito marcou a criação das células-tronco pluripotentes induzidas, conhecidas como células iPS.
Em 2011, uma fêmea de lobo-guará atropelada por um caminhão foi submetida a tratamento com células-tronco no Jardim Zoológico de Brasília, constituindo o primeiro registro documentado do uso de terapia celular com células-tronco para a regeneração de lesões em um animal selvagem.
Propriedades A definição clássica de uma célula-tronco requer que ela possua duas propriedades fundamentais: Autorrenovação: a capacidade de passar por múltiplos ciclos de crescimento celular e divisão celular (processo conhecido como proliferação celular), mantendo o seu estado indiferenciado. Potência: a capacidade de se diferenciar em tipos celulares especializados. Em sentido estrito, isso exige que as células-tronco sejam totipotentes ou pluripotentes — isto é, capazes de dar origem a qualquer tipo de célula madura, embora células progenitoras multipotentes ou unipotentes também sejam por vezes denominadas células-tronco. Além disso, a função das células-tronco é regulada por mecanismos de retroalimentação (feedback).
Autorrenovação Dois mecanismos asseguram que uma população de células-tronco seja mantida (não sofrendo depleção numérica):
1. Divisão celular assimétrica: uma célula-tronco divide-se em uma célula-mãe, que permanece idêntica à célula-tronco original, e em uma célula-filha, que entra na via de diferenciação.
Quando uma célula-tronco se autorrenova, ela se divide sem romper o estado indiferenciado. Essa autorrenovação demanda um controle rigoroso do ciclo celular, bem como a manutenção da multipotência ou da pluripotência, fatores que dependem intrinsecamente da célula-tronco.
As células-tronco utilizam a telomerase, uma enzima que restaura os telômeros, para proteger o seu DNA e expandir o seu limite de divisões celulares (o limite de Hayflick).
Significado de potência
upright=1.5|thumb|right|As células-tronco embrionárias pluripotentes originam-se a partir das células da massa celular interna (MCI) de um blastocisto. Essas células-tronco podem se transformar em qualquer tecido do corpo, com exceção da placenta. Apenas as células de um estágio embrionário anterior, conhecido como mórula, são totipotentes — capazes de formar todos os tecidos do corpo e a placenta extraembrionária. thumb|Células-tronco embrionárias humanas A: Colônias de células-tronco ainda indiferenciadas. B: Células nervosas, um exemplo de tipo celular após a diferenciação.
A potência determina o potencial de diferenciação (a capacidade de se diferenciar em distintos tipos de células) da célula-tronco. Células-tronco totipotentes (também chamadas de onipotentes) podem se diferenciar em tipos celulares embrionários e extraembrionários. Essas células são capazes de construir um organismo completo e viável. Elas são formadas a partir da fusão de um óvulo e um espermatozoide. As células resultantes das primeiras divisões do óvulo fertilizado também são totipotentes. Células-tronco pluripotentes são descendentes das células totipotentes e podem se diferenciar em quase todos os tipos celulares, isto é, em células derivadas de qualquer um dos três folhetos embrionários. Células-tronco multipotentes podem se diferenciar em múltiplos tipos de células, mas apenas naquelas pertencentes a uma família celular estreitamente relacionada. Células-tronco oligopotentes podem se diferenciar em apenas poucos tipos celulares, como as células-tronco linfoides ou mieloides. Células unipotentes podem produzir apenas um tipo celular, o seu próprio, mas possuem a propriedade de autorrenovação, o que as distingue das células não-tronco.
Identificação Na prática, as células-tronco são identificadas pela sua capacidade de regenerar tecidos. Por exemplo, o teste definitivo para células da medula óssea ou células-tronco hematopoieticas (CTHs) é a capacidade de transplantar essas células e recuperar um indivíduo desprovido de CTHs. Isso demonstra que as células conseguem produzir novas células sanguíneas a longo prazo. Também deve ser possível isolar células-tronco do indivíduo transplantado que possam, por sua vez, ser transplantadas para outro indivíduo sem CTHs, comprovando que a célula-tronco foi capaz de se autorrenovar.
As propriedades das células-tronco podem ser demonstradas in vitro por meio de métodos como ensaios clonogênicos, nos quais células individuais são avaliadas quanto à sua capacidade de diferenciação e autorrenovação. As células-tronco também podem ser isoladas com base na presença de um conjunto específico de marcadores de superfície celular. No entanto, as condições de cultivo in vitro podem alterar o comportamento celular, gerando incertezas sobre se as células atuarão de forma idêntica in vivo. Há considerável debate sobre se algumas populações de células adultas propostas constituem verdadeiras células-tronco.
Classificação Potencial
As células estaminais podem ser de três tipos:
Totipotentes: São células capazes de originar um organismo completo, totalmente funcional, já que possuem a capacidade de gerar todos os tipos de células e tecidos do corpo, incluindo os tecidos embrionários e os extraembrionários (como a placenta, por exemplo). As células estaminais totipotentes podem ser exemplificadas pelo zigoto e pelas primeiras células provenientes do zigoto, ou seja, são as células de um embrião recém-formado. Porém, essas células possuem curta duração, desaparecendo poucos dias após a fertilização.
Pluripotentes: Descendentes das células totipotentes, apesar de não poderem originar um indivíduo completo, pois não são capazes de gerar trofoblasto (células extraembrionárias), as células estaminais pluripotentes possuem a capacidade de gerar células dos três folhetos embrionários (ectoderme, mesoderme e endoderme), ou seja, são capazes de gerar qualquer tecido. Mesmo em menores quantidades, estas células estão presentes também no indivíduo adulto (por exemplo, se estão na medula óssea, originam células de sangue, ossos, pele, entre outros). Possuem grandes aplicações clínicas e comerciais, (ver para mais informação: Célula-tronco pluripotente induzida).
Multipotentes: São células diferentes; possuem a capacidade de gerar um número limitado de células especializadas, as quais podem ser encontradas no corpo de um indivíduo adulto e são capazes de originar células dos tecidos de que são provenientes, ou seja, as células estaminais multipotentes são designadas para originar células de acordo com o órgão de que se derivam (realizando regeneração tecidual). Assim, são capazes de gerar apenas células da mesma família. Com avanços de pesquisas na área de células estaminais, a existência desta categoria tem sido questionada, pois células antes classificadas como multipotentes acabaram por se revelar células estaminais pluripotentes (como por exemplo células neurais estaminais).
Embrionárias