300px|miniatura|Células estaminais embrionárias humanas em cultura celular 300px|miniatura|Pluripotência: as células estaminais embrionárias podem desenvolver-se originando qualquer tipo de célula, exceto as da placenta. Só as células estaminais embrionárias da mórula são totipotentes: podem desenvolver-se originando qualquer tipo de célula, incluindo as placentárias.
As células estaminais embrionárias (células ES ou ESC pelas suas siglas em inglês de embryonic stem cells) são células estaminais pluripotentes derivadas da massa celular interna de um blastocisto, o qual é um dos estádios iniciais do embrião pré-implantação. Os embriões humanos chegam à fase de blastocisto aos 4 ou 5 dias após a fecundação, momento em que consistem em 50 a 150 células. Isolar um embrioblasto ou massa celular interna resulta na destruição do blastocisto, um processo que levanta questões éticas, tais como se os embriões em fase de pré-implantação deveriam ou não ter a mesma consideração moral que os embriões na fase de pós-implantação do desenvolvimento.
Em 1981, duas equipes de pesquisa lideradas por Martin Evans e Matthew Kaufman, respectivamente, estabeleceram linhagens de células-tronco embrionárias do rato-doméstico in vitro no Departamento de Genética da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. O termo célula-tronco embrionária foi proposto pela primeira vez por Gail R. Martin , professora do Departamento de Anatomia da Universidade da Califórnia, São Francisco (UCSF) , num artigo publicado em dezembro daquele ano. Em 1998, James Thomson, professor da Universidade de Wisconsin, e outros estabeleceram com sucesso linhagens de células-tronco embrionárias humanas. Em 2007, Martin Evans e outros dois cientistas receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina.
Considera-se que as células estaminais embrionárias têm amplas perspetivas de aplicação em áreas como a medicina regenerativa, a engenharia de tecidos e os ensaios de fármacos. Contribuem também significativamente para a investigação básica em biologia do desenvolvimento. No entanto, devido a questões éticas, religiosas e legais (como o facto de os métodos actuais de isolamento de células estaminais embrionárias conduzirem inevitavelmente à morte do embrião), a investigação com células estaminais embrionárias (i.e., a clonagem terapêutica) está sujeita a certas restrições em vários países. Os seus usos potenciais incluem o tratamento da diabetes e das doenças cardíacas. As células estão a ser estudadas para uso em terapias clínicas, modelos de transtornos genéticos e reparação de ADN/celular. No entanto, também foram reportados efeitos adversos desta investigação e em processos clínicos, como tumores e respostas imunitárias indesejadas.
Propriedades miniatura|O transcritoma de células estaminais pluripotentes
As células estaminais embrionárias, derivadas do estádio de blastocisto de embriões de mamíferos iniciais, distinguem-se pela sua capacidade de se diferenciarem em qualquer tipo de célula embrionária e pela sua capacidade de autorrenovação. Estas características são as que as tornam valiosas para a investigação científica e médica. As células estaminais embrionárias têm um cariótipo normal, mantêm uma alta atividade de telomerase e exibem um notável potencial proliferativo a longo prazo.
Pluripotência
As células estaminais embrionárias da massa celular interna possuem pluripotência, o que significa que podem diferenciar-se para gerar o ectoderma primitivo, que finalmente se diferencia durante a gastrulação em todos os derivados das três camadas germinativas primárias: ectoderma, endoderma e mesoderma. Estas camadas germinativas geram todos e cada um dos mais de 220 tipos celulares do corpo humano adulto. Quando lhes são fornecidos os sinais adequados, as células estaminais embrionárias formam inicialmente células precursoras que em seguida se diferenciam nos tipos celulares desejados. A pluripotência distingue as células estaminais embrionárias das células estaminais adultas, que são multipotentes e só podem produzir um número limitado de tipos celulares.
Autorrenovação e reparação de estruturas
Em condições definidas, as células estaminais embrionárias podem autorrenovar-se indefinidamente, permanecendo num estado indiferenciado. As condições de autorrenovação devem evitar que as células se agrupem e manter um ambiente que suporte um estado não especializado. Tipicamente, isto é feito no laboratório utilizando meios que contêm soro e o Fator inibidor da leucemia ou suplementos de meios sem soro com dois fármacos inibidores ("2i"), o Inibidor de MEK PD03259010 e o Inibidor de GSK-3 CHIR99021.
Crescimento
As células estaminais embrionárias dividem-se muito frequentemente devido a terem uma fase G1 encurtada no seu ciclo celular. Uma divisão celular rápida permite a estas células crescerem em número rapidamente, mas não em tamanho, o que é importante para o desenvolvimento inicial do embrião. Nas células estaminais embrionárias, as proteínas ciclina A e ciclina E envolvidas na Transição G1/S são expressas sempre e a um alto nível. As quinases dependentes de ciclina como a CDK2, que promove a progressão do ciclo celular, estão sobre-ativadas, em parte devido à regulação negativa dos seus inibidores. As proteínas do retinoblastoma que inibem o fator de transcrição E2F até que a célula esteja pronta para entrar na fase S estão hiperfosforiladas e inativadas nas células estaminais embrionárias, o que leva à expressão contínua de genes de proliferação. Estas alterações resultam em ciclos acelerados de divisão celular. Embora uma fase G1 encurtada tenha sido ligada à manutenção da pluripotência, as células estaminais embrionárias que crescem em condições $2i$ livres de soro expressam proteínas do retinoblastoma hipofosforiladas ativas e têm uma fase G1 alongada. Apesar desta diferença no ciclo celular, quando comparadas com células estaminais embrionárias que crescem em meios contendo soro, estas células têm características pluripotentes semelhantes. Os fatores de pluripotência Oct4 e Nanog desempenham um papel na regulação transcricional do ciclo celular das células estaminais embrionárias.
Usos
Devido à sua plasticidade e capacidade potencialmente ilimitada de autorrenovação, foram propostas terapias com células estaminais para medicina regenerativa e substituição de tecidos após uma lesão ou doença. As células estaminais pluripotentes são promissoras para tratar diversas condições, como por exemplo as seguintes: lesões da medula espinhal, degeneração macular relacionada com a idade, diabetes, transtornos neurodegenerativos (como a doença de Parkinson), SIDA etc. Além do seu potencial em medicina regenerativa, as células estaminais embrionárias proporcionam uma fonte alternativa de tecidos ou órgãos que serviriam como solução para a escassez de dadores para transplantes. No entanto, isto apresenta algumas controvérsias éticas (ver a secção de mais abaixo "Debate ético"). Juntamente com estes usos, as células estaminais embrionárias podem ser usadas para a investigação do desenvolvimento humano inicial, certas doenças genéticas e testes toxicológicos in vitro.
Utilizações
De acordo com um artigo de 2002 na PNAS, "as células estaminais embrionárias humanas têm o potencial de se diferenciarem em vários tipos de células e, assim, podem ser úteis como fonte de células para o transplante ou engenharia de tecidos." miniatura|Corpos embrioides 24 horas depois da sua formação.
No entanto, as células estaminais embrionárias não estão limitadas à engenharia de células e tecidos.
Terapias de substituição de células A investigação atual está focada nas células estaminais embrionárias diferenciadas em diversos tipos celulares para um possível uso como células de terapia de substituição. Alguns dos tipos celulares que foram ou estão a ser desenvolvidos são os cardiomiócitos, neurónios, hepatócitos, células da medula óssea, células dos ilhéus de Langerhans pancreáticos e células endoteliais. No entanto, a derivação de tais tipos celulares a partir de células estaminais embrionárias não está isenta de problemas, pelo que as investigações atuais estão centradas em superar estas barreiras. Por exemplo, realizam-se estudos para conseguir diferenciar células estaminais embrionárias em cardiomiócitos e para erradicar as suas propriedades imaturas que as distinguem dos cardiomiócitos adultos.
Potencial clínico
Foram obtidas células estaminais embrionárias diferenciadas em células produtoras de dopamina com a esperança de que estes neurónios possam ser usados no tratamento da doença de Parkinson. As células estaminais embrionárias foram diferenciadas em células killer (NK) e do tecido ósseo. Estuda-se o seu uso como tratamento alternativo para a diabetes. Por exemplo, D’Amour et al. conseguiram diferenciar células estaminais embrionárias em células que produzem insulina e investigadores da Universidade Harvard conseguiram produzir grandes quantidades de células beta pancreáticas a partir de células estaminais embrionárias.Colen, B.D. (9 October 2014) Giant leap against diabetes The Harvard Gazette, Retrieved 24 November 2014 Um artigo publicado no European Heart Journal descreve um processo translacional para gerar células progenitoras cardíacas derivadas de células estaminais embrionárias para utilização em ensaios clínicos em pacientes com insuficiência cardíaca grave.
Descoberta de fármacos
Além de se converterem numa alternativa importante para o transplante de órgãos, as células estaminais embrionárias estão também a ser utilizadas no campo da toxicologia e como crivos celulares para descobrir novas entidades químicas que possam ser desenvolvidas como fármacos de baixo peso molecular. Os cardiomiócitos derivados de células estaminais embrionárias são validados em modelos *in vitro* para testar respostas a fármacos e prever perfis de toxicidade. Os cardiomiócitos derivados de células estaminais embrionárias respondem a estímulos farmacológicos e, portanto, podem ser utilizados para estimar a cardiotoxicidade, como nas Torsades de pointes (pontas torcidas nos picos do eletrocardiograma).
Os hepatócitos derivados de células estaminais embrionárias são também modelos úteis que podem ser utilizados nos estádios pré-clínicos da descoberta de fármacos. Contudo, o desenvolvimento de hepatócitos a partir de células estaminais embrionárias tem muitas complicações e isto dificulta a capacidade de testar o metabolismo dos fármacos. Portanto, as investigações atuais estão dirigidas a estabelecer hepatócitos derivados de células estaminais embrionárias totalmente funcionais com atividade enzimática estável em fase I e II.
Modelos de transtornos genéticos
Vários estudos novos começam a tratar a utilização de células estaminais embrionárias como modelos de transtornos genéticos. A modelagem de doenças genéticas tem sido alcançada manipulando geneticamente as células ou, mais recentemente, derivando linhas celulares de doenças identificadas por diagnóstico genético pré-natal. Esta estratégia pode ser muito valiosa no estudo de transtornos como a Síndrome do X frágil, a fibrose cística e outras doenças genéticas que não têm um sistema modelo fiável.