Anne Trafton | MIT News
Converter um tipo de célula em outro — por exemplo, uma célula da pele em um neurônio — pode ser feito por meio de um processo que exige que a célula da pele seja induzida a se tornar uma célula-tronco “pluripotente”, para depois ser diferenciada em neurônio. Pesquisadores do MIT agora desenvolveram um processo simplificado que contorna a etapa das células-tronco, convertendo diretamente uma célula da pele em um neurônio.
Trabalhando com células de camundongo, os pesquisadores desenvolveram um método de conversão altamente eficiente que pode produzir mais de 10 neurônios a partir de uma única célula da pele. Se replicado em células humanas, essa abordagem poderia possibilitar a geração de grandes quantidades de neurônios motores, que poderiam ser usados no tratamento de pacientes com lesões na medula espinhal ou doenças que afetam a mobilidade.
“Fomos capazes de obter resultados onde conseguimos fazer perguntas sobre se essas células podem ser candidatas viáveis para terapias de substituição celular, o que esperamos que possam ser. É aí que essas tecnologias de reprogramação podem nos levar”, diz Katie Galloway, Professora de Desenvolvimento de Carreira W. M. Keck em Engenharia Biomédica e Engenharia Química.
Como primeiro passo para desenvolver essas células como terapia, os pesquisadores mostraram que poderiam gerar neurônios motores e implantá-los nos cérebros de camundongos, onde se integraram ao tecido hospedeiro.
Galloway é a autora sênior de dois artigos que descrevem o novo método, que são publicados hoje na revista Cell Systems. O estudante de pós-graduação do MIT, Nathan Wang, é o autor principal de ambos os artigos.
De pele a neurônios
Quase 20 anos atrás, cientistas no Japão mostraram que, ao entregar quatro fatores de transcrição para células da pele, podiam induzi-las a se tornarem células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs). Semelhantes às células-tronco embrionárias, as iPSCs podem ser diferenciadas em muitos outros tipos de células. Essa técnica funciona bem, mas leva várias semanas, e muitas das células não acabam fazendo a transição completa para tipos celulares maduros.
“Frequentemente, um dos desafios na reprogramação é que as células podem ficar presas em estados intermediários”, diz Galloway. “Então, estamos usando a conversão direta, onde, em vez de passar por um intermediário iPSC, estamos indo diretamente de uma célula somática para um neurônio motor.”
O grupo de pesquisa de Galloway e outros já demonstraram esse tipo de conversão direta antes, mas com rendimentos muito baixos — menos de 1%. No trabalho anterior de Galloway, ela usou uma combinação de seis fatores de transcrição, além de duas outras proteínas que estimulam a proliferação celular. Cada um desses oito genes foi entregue usando um vetor viral separado, o que tornava difícil garantir que cada um fosse expresso no nível correto em cada célula.
No primeiro dos novos artigos da Cell Systems, Galloway e seus alunos relataram uma maneira de simplificar o processo para que as células da pele possam ser convertidas em neurônios motores usando apenas três fatores de transcrição, além dos dois genes que induzem as células a entrar em um estado altamente proliferativo.
Usando células de camundongo, os pesquisadores começaram com os seis fatores de transcrição originais e experimentaram removê-los, um de cada vez, até que encontraram uma combinação de três — NGN2, ISL1 e LHX3 — que conseguiu completar com sucesso a conversão para neurônios.
Uma vez que o número de genes foi reduzido a três, os pesquisadores puderam usar um único vírus modificado para entregar todos os três genes, permitindo garantir que cada célula expressasse cada gene nos níveis corretos.
Usando um vírus separado, os pesquisadores também entregaram genes codificando p53DD e uma versão mutada do HRAS. Esses genes impulsionam as células da pele a se dividirem muitas vezes antes de começarem a se converter em neurônios, permitindo um rendimento muito maior de neurônios, cerca de 1.100%.
“Se você fosse expressar os fatores de transcrição em níveis muito altos em células não proliferativas, as taxas de reprogramação seriam muito baixas, mas as células hiperproliferativas são mais receptivas. É como se elas tivessem sido potencializadas para conversão e, então, se tornam muito mais receptivas aos níveis dos fatores de transcrição”, diz Galloway.
Os pesquisadores também desenvolveram uma combinação ligeiramente diferente de fatores de transcrição que permitiu realizar a mesma conversão direta usando células humanas, mas com uma taxa de eficiência menor — entre 10 e 30%, estimam os pesquisadores. Esse processo leva cerca de cinco semanas, o que é um pouco mais rápido do que converter as células em iPSCs primeiro e depois transformá-las em neurônios.
Implantando células
Depois que os pesquisadores identificaram a combinação ideal de genes a ser entregue, eles começaram a trabalhar nas melhores maneiras de entregá-los, o que foi o foco do segundo artigo da Cell Systems.
Eles testaram três vírus de entrega diferentes e descobriram que um retrovírus alcançou a taxa de conversão mais eficiente. Reduzir a densidade das células cultivadas na placa também ajudou a melhorar o rendimento geral de neurônios motores. Esse processo otimizado, que leva cerca de duas semanas em células de camundongo, alcançou um rendimento de mais de 1.000%.
Trabalhando com colegas da Universidade de Boston, os pesquisadores testaram então se esses neurônios motores poderiam ser implantados com sucesso em camundongos. Eles entregaram as células em uma parte do cérebro conhecida como estriado, que está envolvida no controle motor e outras funções.
Após duas semanas, os pesquisadores descobriram que muitos dos neurônios haviam sobrevivido e pareciam estar formando conexões com outras células cerebrais. Quando cultivadas em uma placa, essas células mostraram atividade elétrica mensurável e sinalização de cálcio, sugerindo a capacidade de se comunicar com outros neurônios. Os pesquisadores agora esperam explorar a possibilidade de implantar esses neurônios na medula espinhal.
A equipe do MIT também espera aumentar a eficiência desse processo para a conversão de células humanas, o que poderia permitir a geração de grandes quantidades de neurônios que poderiam ser usados para tratar lesões na medula espinhal ou doenças que afetam o controle motor, como a ELA. Ensaios clínicos usando neurônios derivados de iPSCs para tratar a ELA estão em andamento, mas expandir o número de células disponíveis para esses tratamentos poderia facilitar o teste e o desenvolvimento para um uso mais amplo em humanos, diz Galloway.
A pesquisa foi financiada pelo National Institute of General Medical Sciences e pelo National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program.
Reimpresso com permissão do MIT News.
