Cientistas da Salk desenvolvem método mais rápido e seguro para produzir células-tronco

Cientistas da Salk desenvolvem método mais rápido e seguro para produzir células-tronco

O novo método aumenta o rendimento celular e aumenta a segurança, ajudando a dar mais um passo para a medicina regenerativa

LA JOLLA, CA—Um novo método para gerar células-tronco a partir de células maduras promete aumentar a produção de células-tronco em laboratório, ajudando a remover uma barreira para terapias de medicina regenerativa que substituiriam tecidos corporais danificados ou não saudáveis.

A técnica, desenvolvida por pesquisadores do Salk Institute for Biological Studies, permite a produção ilimitada de células-tronco e seus derivados e reduz o tempo de produção em mais da metade, de quase dois meses para duas semanas.

“Uma das barreiras que precisam ser superadas antes que as terapias com células-tronco possam ser amplamente adotadas é a dificuldade de produzir células suficientes com rapidez suficiente para aplicação clínica aguda”, diz Ignacio Sancho-Martinez, um dos primeiros autores do artigo e pós-doutorado pesquisador do laboratório de Juan Carlos Izpisua Belmonte, a cadeira Roger Guillemin no Salk Institute.

Eles e seus colegas, incluindo Fred H. Gage, professor do Laboratório de Genética de Salk, publicaram um novo método para converter células nos Métodos da Natureza desta semana.

As células-tronco são valorizadas por sua “pluripotência”, a capacidade de se transformar em praticamente qualquer célula do corpo. As células-tronco para pesquisa e uso clínico são derivadas de duas maneiras, diretamente de células jovens o suficiente para ainda serem pluripotentes ou de células maduras que foram “reprogramadas” para serem pluripotentes.

Da esquerda para a direita: Emmanuel Nivet, Juan Carlos Izpisua Belmonte, Leo Kurian, Ignacio Sancho-Martinez

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

O primeiro tipo é chamado de “células-tronco embrionárias” (ESCs), embora o termo seja impróprio. Na verdade, eles são retirados de blastocistos, o feixe oco de células aproximadamente do tamanho da ponta de um alfinete que é formado por um óvulo fertilizado após cinco dias de divisão celular. Depois que um blastocisto se implanta no útero, começa o estágio embrionário.

Além das conhecidas controvérsias éticas, as ESCs têm um problema menos discutido: tecidos cultivados a partir de ESCs podem desencadear reações imunes quando são transplantados para pacientes.

Para superar as preocupações éticas e médicas, os cientistas aprenderam como persuadir células maduras (chamadas “células somáticas”) que se diferenciaram em tipos específicos de tecido de volta ao seu estado pluripotente. Essas chamadas “células-tronco pluripotentes induzidas”, ou iPSCs, iniciaram novas rodadas de pesquisa, incluindo uma terceira maneira de obter os tipos de células desejados.

Células endoteliais derivadas por conversão de linhagem indireta de fibroblastos humanos (células da pele). Os núcleos celulares estão em azul; as proteínas que são características das células endoteliais são verdes e vermelhas.

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

Acontece que os iPSCs têm seus próprios problemas. Eles levam muito tempo para serem criados no laboratório, em um processo altamente ineficiente que pode levar até dois meses para ser concluído. Primeiro, as células somáticas devem ser reprogramadas para iPSCs, o que leva tempo e esforço consideráveis. Em seguida, as iPSCs devem ser diferenciadas em linhagens celulares específicas antes da aplicação terapêutica. Pior ainda, às vezes podem se transformar em tumores, chamados teratomas, que podem ser cancerígenos.

Sabendo disso, os cientistas se perguntaram se não seria necessário voltar até a lousa em branco de uma célula-tronco pluripotente. A chave para essa ideia é que as células-tronco pluripotentes não crescem imediatamente em células específicas. Eles passam por fases progenitoras intermediárias, onde se tornam “multipotentes” e só podem se desenvolver em tipos de células dentro de uma determinada linhagem celular. Enquanto uma célula pluripotente pode se tornar quase qualquer célula do corpo, uma célula sanguínea multipotente, por exemplo, pode se tornar glóbulos vermelhos ou brancos ou plaquetas, mas não linhagens distantes, como neurônios.

Assim, para evitar os problemas potenciais de trabalhar com iPSCs, os cientistas desenvolveram a técnica de “conversão direta de linhagem”. Ao contrário do cenário familiar, em que uma célula pluripotente se dividiria e geraria todos os diferentes tipos de células de um indivíduo adulto, na conversão de linhagem direta uma célula somática é transformada em apenas um outro tipo de célula, assim, por exemplo, uma célula da pele se torna um músculo celular, mas nada mais.

Embora essa técnica seja eficaz, a equipe de Salk e seus colegas se perguntaram se poderia haver uma modificação que pudesse ser mais eficiente e segura.

“Além da questão óbvia de segurança, a maior consideração quando se pensa em células-tronco para uso clínico é a produtividade”, diz o pesquisador de pós-doutorado Salk Leo Kurian, um dos primeiros co-autores do artigo.

A equipe desenvolveu uma nova técnica, que eles apelidaram de “conversão de linhagem indireta” (ILC). No ILC, conforme explicado em detalhes no Nature Methods, as células somáticas são empurradas de volta para um estado anterior adequado para posterior especificação em células progenitoras.

ILC tem o potencial de gerar múltiplas linhagens uma vez que as células são transferidas para o ambiente químico especialmente desenvolvido pela equipe. Mais importante, o ILC economiza tempo e reduz o risco de teratomas por não exigir a geração de iPSC. Em vez disso, as células somáticas são direcionadas para se tornarem as células progenitoras de linhagens específicas. “Não os empurramos para zero, apenas os empurramos um pouco para trás”, diz Sancho-Martinez.

Usando ILC, o grupo reprogramou fibroblastos humanos (células da pele) para se tornarem células semelhantes a angioblastos, os progenitores das células vasculares. Estas novas células podem não apenas proliferar, mas também se diferenciar em linhagens vasculares endoteliais e de músculo liso. Quando implantadas em camundongos, essas células se integraram à vasculatura existente dos animais.

“Uma das esperanças de longo prazo para a pesquisa com células-tronco é exemplificada por este estudo, onde as células-tronco se automontariam em estruturas 3D e depois se integrariam aos tecidos existentes”, diz Juan Carlos Izpisua Belmonte.

Embora esse uso clínico possa demorar anos, esse novo método tem várias vantagens sobre as técnicas atuais, explica ele. É mais seguro, pois não parece produzir tumores ou outras alterações genéticas indesejáveis, e resulta em rendimento muito maior do que outros métodos. Mais importante, é mais rápido, e isso faz parte do que o torna não apenas mais produtivo, mas menos arriscado.

“Geralmente pode levar até dois meses para criar iPSCs e seus derivados diferenciados, o que aumenta as chances de ocorrência de mutações”, diz Emmanuel Nivet, o terceiro dos primeiros coautores. “Nosso método leva apenas 15 dias, então diminuímos substancialmente as chances de ocorrência de mutações espontâneas.”

Outros pesquisadores no estudo foram: Aitor Aguirre, Krystal Moon, Caroline Pendaries, Cecile Volle-Challier, Francoise Bono, Jean-Marc Herbert, Julian Pulecio, Yun Xia, Mo Li, Nuria Montserrat, Sergio Ruiz, Ilir Dubova, Concepcion Rodriguez, Ahmet M. Denli, Francesca S. Boscolo, Rathi D. Thiagarajan, Jeanne F. Loring e Louise C. Laurent.

O trabalho foi apoiado por: Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia; Fundação FM Kirby; National Institutes of Health; Fundação Hartwell; Fundação Millipore; a Esther O'Keeffe Charitable Trust Foundation; Fundação Cellex; a Fundação de Caridade G. Harold e Leila Y. Mathers; The Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, Sanofi; e o Ministério de Economia e Competitividade.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.