Um grande passo nesse sentido foi dado por pesquisadores da Universidade de Yokohama, no Japão. Em artigo que será publicado na edição desta semana da revistaNature, o grupo descreve como conseguiu produzir um fígado humano funcional a partir das chamadas células-tronco pluripotentes induzidas (iPS, na sigla em inglês).
Diferentemente da célula-tronco embrionária, a iPS é obtida por meio da reprogramação genética de uma célula adulta já diferenciada. O primeiro procedimento que o grupo japonês realizou foi direcionar a diferenciação de iPS, in vitro, produzindo células hepáticas endodérmicas (encontradas no embrião e que dão origem ao tecido do fígado).
A seguir, esse material foi cultivado com outros três tipos de células – estromáticas, mesenquimais e endoteliais da veia umbilical humana – e gerou um tipo de órgão tridimensional, embora rudimentar, chamado de broto de fígado. Confirmada a existência de uma rede vascular, o broto foi transplantado para um camundongo e amadureceu, realizando todas as funções de um fígado humano.
Experimentos anteriores com iPS falharam ao tentar produzir o órgão. “A diferença é que se buscava diferenciar células em hepatócitos [que produzem proteínas no fígado] em vez de produzir o órgão como um todo”, diz Takanori Takebe, um dos autores da pesquisa.
Embora os testes do funcionamento do órgão tenham ocorrido em um roedor, o pesquisador afirma haver grande chance de o processo funcionar em pessoas. “Todos os tipos de células usados no estudo provêm de pacientes humanos e confirmaram funções especificamente humanas”, explica. “Assim, a aplicação clínica é altamente viável.”
Substâncias que naturalmente são metabolizadas de modo diferente por camundongos ao serem administradas ao animal com o fígado gerado em laboratório resultaram em produtos de metabolismo do órgão humano.
Takebe afirma ainda que outros órgãos provavelmente poderão ser gerados com a mesma técnica. “Ao menos os endodérmicos, como o pâncreas, que se desenvolvem a partir do mesmo folheto embrionário que o fígado”, diz.
Para o biólogo Stevens Rehen, chefe do Laboratório Nacional de Células-Tronco Embrionárias da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), o feito dos japoneses é um marco nos estudos da medicina regenerativa. “É a primeira vez que se consegue criar um órgão funcional a partir de células programadas”, ressalta. “O que chama a atenção é a estratégia de se criar um broto, e não o órgão todo fora do corpo.”
A equipe da Universidade de Yokohama espera que em mais sete a dez anos possa iniciar testes clínicos com humanos. “Há ainda um grande desafio que é conseguir produzir uma quantidade enorme de brotos de fígado a um custo razoável”, diz Takebe. “Considerando que o fígado tem mais de cem bilhões de hepatócitos e que as filas para transplante em países como os Estados Unidos chegam à casa dos milhares de pacientes, você pode imaginar quantos brotos precisaríamos gerar.”
Segundo a Associação Brasileira de Transplantes de Órgãos, 1.240 pessoas estão na lista de espera para receber um fígado em 13 unidades federativas do Brasil (Bahia, Ceará, Distrito Federal, Espírito Santo, Goiás, Minas Gerais, Paraná, Pernambuco, Rio de Janeiro, Rio Grande do Sul, Rondônia, Santa Catarina, São Paulo e Sergipe), sendo 683 apenas no estado de São Paulo. Os dados são de março de 2013.
Agência FAPESP – Com auxílio da técnica de reprogramação celular premiada com o Nobel de Medicina em 2012, cientistas brasileiros e americanos conseguiram transformar células da pele de portadores de uma mutação genética causadora de anemia aplástica em células-tronco pluripotentes, semelhantes às embrionárias.
Também conhecida como aplasia de medula, essa doença potencialmente fatal é caracterizada pela produção insuficiente de glóbulos brancos, vermelhos e plaquetas. O resultado são infecções frequentes, sangramentos e anemia grave.
O objetivo dos pesquisadores é encontrar, no futuro, um meio de transformar células-tronco pluripotentes induzidas (IPS, na sigla em inglês) em células-tronco hematopoiéticas – que têm a capacidade de formar todas as células do sangue –, para então infundi-las nos pacientes e promover regeneração da medula.
Atualmente, a única opção terapêutica nos casos de anemia aplástica congênita é o transplante de medula com doador, mas apenas 25% dos afetados encontram um voluntário compatível. No Brasil, estima-se o surgimento de 400 novos casos da doença por ano.
O estudo foi realizado por pesquisadores do Centro de Terapia Celular (CTC) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) da FAPESP – na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, da Universidade de São Paulo (USP), e contou com a parceria de cientistas dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), dos Estados Unidos. Os resultados foram descritos na edição mais recente do The Journal of Clinical Investigation.
O método de reprogramação celular usado foi descrito em 2006 por Shinya Yamanaka, da Universidade de Kyoto, no Japão, e consiste em inserir em uma célula adulta certas proteínas que alteram a expressão do genoma celular.
“Esses quatro fatores de transcrição descobertos por Yamanaka ativam genes relacionados ao estágio embrionário da célula e desligam outros genes que deveriam estar ativos após o amadurecimento celular. Mas não sabíamos se era possível fazer essa reprogramação em portadores da mutação genética causadora de anemia aplástica”, contou Rodrigo Calado, pesquisador do CTC que coordenou a investigação.
Segundo Calado, a aplasia de medula também pode ser de origem autoimune. Nesse caso, o próprio sistema imunológico destrói as células da medula responsáveis pela produção do sangue e o tratamento é feito com medicamentos imunossupressores.
Mas, no caso dos pacientes que participaram da pesquisa, a causa da doença é um defeito no gene responsável pela síntese de uma enzima chamada telomerase, fundamental para manter a capacidade de proliferação celular.
“Nas pontas dos cromossomos existem estruturas chamadas telômeros. Eles servem para proteger o DNA, assim como o plástico presente na ponta dos cadarços. Toda vez que a célula se divide, os telômeros diminuem de tamanho, até um momento em que a célula não consegue mais se proliferar e morre ou entra em senescência (perde a capacidade de se dividir). Isso está relacionado ao processo de envelhecimento”, explicou Calado.
Mas a enzima telomerase é capaz de manter o comprimento dos telômeros intacto mesmo após a divisão celular. Por essa razão, precisa estar altamente expressa na fase embrionária e, durante toda a vida, nas células-tronco, que estão em constante divisão. Esse é o caso das células da medula óssea.
Nos pacientes com a mutação genética, como não há telomerase suficiente, as células hematopoiéticas sofrem uma espécie de envelhecimento precoce e não conseguem proliferar adequadamente. Outras partes do corpo também são afetadas e, frequentemente, essas pessoas sofrem de cirrose hepática ou fibrose pulmonar.
“Um dos nossos objetivos era justamente ver o que acontecia com os telômeros durante o processo de reprogramação celular. Teoricamente, eles deveriam ficar mais longos, já que a célula passa por uma espécie de rejuvenescimento, ou seja, volta a um estágio anterior de seu desenvolvimento”, disse Calado.
Para fazer essa verificação, os cientistas reprogramaram as células da pele de dois grupos de pacientes: portadores de anemia aplástica com a mutação genética e voluntários saudáveis que serviram de controle.
“Pudemos observar que, no grupo controle, os telômeros dobraram de tamanho após a reprogramação celular. Já nas células com o gene mutante eles continuaram praticamente iguais”, contou o pesquisador.
Outro fenômeno observado pelo grupo foi que, ao reduzir o nível de oxigênio nas estufas onde as células pluripotentes estavam armazenadas, o tamanho dos telômeros aumentou 20% nos dois grupos após um mês.
“Reduzimos a concentração de oxigênio de 21%, presente no ar ambiente, para 5%. Isso induziu a expressão de uma proteína chamada HIF, que por sua vez aumentou a síntese da telomerase. Além disso, com menos oxigênio, o DNA sofreu menos oxidação e houve menor produção de radicais livres”, contou Calado.
Embora o trabalho tenha levantado uma série de resultados inéditos e promissores, ainda há muitas peças do quebra-cabeça a serem encontradas antes que essa linha de pesquisa se torne uma terapia possível de ser testada em humanos.
Um dos primeiros obstáculos a serem superados é descobrir um meio de induzir a pluripotência nas células adultas sem a necessidade de usar um vírus como vetor.
“Em nossa pesquisa, assim como na de Yamanaka, introduzimos em um vírus os genes responsáveis pela expressão das quatro proteínas necessárias para reprogramar a célula. O vírus então se integra ao cromossomo e a célula passa a sintetizar esses fatores de transcrição. Alguns grupos tentaram incluir diretamente os genes nos cromossomos das células, mas o resultado não foi tão eficiente”, contou Calado.