Um novo modelo de ELA baseado em células-tronco humanas abre portas para triagem rápida de drogas

3 de dezembro de 2008

Um novo modelo de ELA baseado em células-tronco humanas abre portas para triagem rápida de drogas

3 de dezembro de 2008

La Jolla, CA — Há muito considerados meros espectadores, os astrócitos são cruciais para a sobrevivência e o bem-estar dos neurônios motores, que controlam os movimentos musculares voluntários. Na verdade, astrócitos defeituosos podem destruir os neurônios motores e são os principais suspeitos da doença de perda de massa muscular esclerose lateral amiotrófica (ALS).

Para chegar à raiz dessa relação complicada, pesquisadores do Salk Institute for Biological Studies estabeleceram pela primeira vez um sistema baseado em células-tronco embrionárias humanas (hESC) para modelar a ELA. O estudo deles confirmou que astrócitos humanos disfuncionais se voltam contra seus pupilos e matam neurônios motores saudáveis. Mas, mais importante, o tratamento das células cultivadas com apocinina, um poderoso antioxidante, evitou a morte do neurônio motor causada pelo mau funcionamento dos astrócitos.

Suas descobertas, que aparecem na edição de 4 de dezembro da revista Cell Stem Cell, fornecem uma nova visão sobre as vias tóxicas que contribuem para a morte dos neurônios motores na ELA e abrem novas possibilidades para experimentos de triagem de drogas usando a ELA humana in vitro modelos, bem como intervenções clínicas usando terapias celulares baseadas em astrócitos.

“Uma variedade de medicamentos que demonstraram eficácia significativa em modelos de ratos não cumpriram a sua promessa em ensaios pré-clínicos e clínicos”, diz Fred H. Gage, Ph.D., professor do Laboratório de Genética, que liderou o estudo. Na verdade, apenas um medicamento - o riluzol - foi aprovado pelo FDA para tratar a ELA e apenas retarda o curso da doença em dois meses.

“Há uma necessidade urgente de novos modelos de ELA que tenham potencial para serem traduzidos em ensaios clínicos e que possam, no mínimo, ser usados ​​em conjunto com os modelos murinos para verificar medicamentos e alvos de medicamentos”, diz Gage.

A ELA, também conhecida como doença de Lou Gehrig, recebeu o nome do lendário rebatedor do New York Yankee que emprestou seu nome à misteriosa doença há mais de 60 anos. Geralmente fatal, a doença neurodegenerativa ataca os neurônios motores que controlam o movimento voluntário, levando à paralisia progressiva e à atrofia muscular.

Embora a ELA tenha sido classificada pela primeira vez como uma doença há mais de 140 anos, ainda existem poucas pistas sobre sua causa. Um passo importante para a compreensão da doença ocorreu quando os cientistas descobriram que a ELA pode ser induzida por mutações hereditárias no gene que codifica a enzima SOD1, abreviação de superóxido dismutase 1. Essa enzima protege o corpo dos danos causados ​​pelos radicais livres, moléculas altamente reativas produzidas por células durante o metabolismo normal.

Neurônios motores da coluna expressam altos níveis de SOD1, o que muitos pensaram originalmente que poderia explicar sua vulnerabilidade seletiva. Mas logo, experimentos com camundongos revelaram que a degeneração do neurônio motor não está necessariamente associada à expressão de SOD1 defeituosa nos neurônios motores. per se mas sim com sua expressão em um número crítico de células de suporte vizinhas.

Como a maioria dos tratamentos que funcionaram em modelos de camundongos com ELA não corresponderam às expectativas em ensaios pré-clínicos e clínicos, a pesquisadora de pós-doutorado e primeira autora M. Carol Marchetto, Ph.D., procurou uma alternativa: "Camundongos transgênicos contendo as formas humanas mutadas da SOD1 têm sido muito úteis para estudar o início e a progressão da doença. Mas sentimos que os modelos de cultura celular usando neurônios humanos e astrócitos poderiam ser potencialmente muito úteis para a triagem de drogas e, até certo ponto, para terapias de substituição celular.

Para descobrir a contribuição dos astrócitos para a degeneração dos neurônios motores humanos, Marchetto primeiro persuadiu as hESCs a se diferenciarem em neurônios motores por meio de uma série de manipulações físicas e exposição a uma série de fatores de crescimento. Quando ela co-cultivou estas células com astrócitos humanos expressando uma forma mutada de SOD1, o número de neurônios motores vivos na placa de Petri despencou. “Na presença da mutação, os astrócitos ativaram uma resposta inflamatória e passaram a produzir espécies reativas de oxigênio, uma característica da ELA”, diz Marchetto.

Quando ela tratou essas células com antioxidantes conhecidos, como a apocinina, encontrada em muitas plantas, a epicatequina, um dos ingredientes benéficos do chá verde e do chocolate, ou o ácido alfa-lipóico, produzido pelo corpo, a porcentagem de astrócitos se agitando espécies reativas de oxigênio nocivas diminuíram significativamente. Não apenas isso, quando ela tratou neurônios motores cultivados na presença de astrócitos mutantes, a apocinina - a única testada em um experimento de co-cultura - ajudou os neurônios motores a suportar seu ambiente não mais favorável.

“Acreditamos que podemos usar este sistema como um teste rápido de triagem de drogas para danos oxidativos para identificar os melhores candidatos para experimentos subsequentes de cocultura de longo prazo”, diz Marchetto.

Enquanto a pesquisa sobre os efeitos da mutação do gene SOD1 está fornecendo pistas importantes sobre as possíveis causas da morte do neurônio motor, apenas uma pequena fração de todos os casos de ELA são realmente devido à mutação; outras causas genéticas ainda não identificadas claramente existem.

"Os rápidos avanços na tecnologia de células-tronco pluripotentes induzidas em breve nos permitirão gerar células-tronco específicas do paciente que podem ser usadas em nosso ensaio de cocultura para obter novos insights sobre as diferentes causas da ELA", diz Gage.

Para obter informações sobre a comercialização desta tecnologia, entre em contato com Mike White em 858-453-4100, x 1703 (mwhite@salk.edu) no Salk Office of Technology Management and Development.

Este estudo foi financiado pelo Project ALS, Dana and Christopher Reeve Foundation, California Institute for Regenerative Medicine, Lookout Fund e National Institutes of Health.

Os pesquisadores que também contribuíram para o trabalho incluem os pesquisadores de pós-doutorado Alysson R. Muotri, Ph.D., e Yangling Mu, Ph.D., no laboratório Gage, o pesquisador de pós-doutorado Alan M. Smith, Ph.D., e a professora assistente Gabriela G. Cezar, Ph.D., ambos da Universidade de Wisconsin-Madison, Madison.