Célula-Tronco
PRINCIPAIS INTERESSES NO USO DAS CÉLULAS-TRONCO
· Estudo das doenças humanas em modelos animais - células-tronco de ratos poderiam incorporar genes humanos mutados (i.e., com erros genéticos) de doenças em particular;
· Cultura de linhagens celulares especializadas - poderiam ser utilizadas para estudos de farmacologia e testes toxicológicos, por exemplo, pela verificação de como populações puras de células especificas diferenciadas respondem a novos produtos medicinais;
· Terapia gênica - as células poderiam ser usadas como vetores para entrega de genes. Uma aplicação prática em estudos clínicos é o uso da célula-tronco hematopoiética modificada geneticamente para torná-la resistente ao HIV;
· Produção de linhagens celulares específicas para transplantes - esta é a aplicação terapêutica mais promissora das células-tronco. O objetivo maior é dirigir a diferenciação da célula-tronco pluripotente para produção de populações puras e saudáveis de tipos celulares a serem usados para reparar tecidos doentes ou injuriados, por exemplo, células do músculo cardíaco, células pancreáticas para produção de insulina, células hepáticas, células neurais e mesmo células para tratamento de algumas formas de câncer; este é o caminho para Medicina Regenerativa.
TECIDO HEMATOPOIÉTICO
As células-tronco mais bem conhecidas, são as células-tronco do tecido hematopoiético, identificadas por Till e McCulock há mais de 40 anos. Recentemente, outros tecidos tiveram suas células-tronco identificadas como do sistema nervoso, fígado, pele e mucosas, intestinos e até mesmo coração.
Hematopoiese
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Célula-Tronco
PRINCIPAIS INTERESSES NO USO DAS CÉLULAS-TRONCO
· Biologia básica do desenvolvimento - compreensão do desenvolvimento humano normal e anormal;
· Estudo das doenças humanas em modelos animais - células-tronco de ratos poderiam incorporar genes humanos mutados (i.e., com erros genéticos) de doenças em particular;
· Cultura de linhagens celulares especializadas - poderiam ser utilizadas para estudos de farmacologia e testes toxicológicos, por exemplo, pela verificação de como populações puras de células especificas diferenciadas respondem a novos produtos medicinais;
· Terapia gênica - as células poderiam ser usadas como vetores para entrega de genes. Uma aplicação prática em estudos clínicos é o uso da célula-tronco hematopoiética modificada geneticamente para torná-la resistente ao HIV;
· Produção de linhagens celulares específicas para transplantes - esta é a aplicação terapêutica mais promissora das células-tronco. O objetivo maior é dirigir a diferenciação da célula-tronco pluripotente para produção de populações puras e saudáveis de tipos celulares a serem usados para reparar tecidos doentes ou injuriados, por exemplo, células do músculo cardíaco, células pancreáticas para produção de insulina, células hepáticas, células neurais e mesmo células para tratamento de algumas formas de câncer; este é o caminho para Medicina Regenerativa.
TECIDO HEMATOPOIÉTICO
As células-tronco mais bem conhecidas, são as células-tronco do tecido hematopoiético, identificadas por Till e McCulock há mais de 40 anos. Recentemente, outros tecidos tiveram suas células-tronco identificadas como do sistema nervoso, fígado, pele e mucosas, intestinos e até mesmo coração.
Hematopoiese
O tecido hematopoiético se desenvolve na vida adulta de maneira hierarquizada. A Célula Tronco Hematopoiética (CTH) é multipotente e imortal, ou seja, apresenta potencial para diferenciar-se em qualquer célula hematopoiética e pode ao longo prazo gerar outras células-tronco. As CTH originam as Células Progenitoras Hematopoiéticas (CPrH), que são células determinadas às diferentes linhagens hematopoiéticas, com alto potencial e taxa de proliferação. Essas por sua vez originam as Células Precursoras Hematopoiéticas (CPH) e Células Maduras (CM) do sangue e de outros órgãos, sendo totalmente diferenciadas morfo e funcionalmente.
No sistema hematopoiético, o papel das células-tronco é muito claro. Por hora, produzimos 1-5x109 células vermelhas e 1-5x109 células brancas. A produção desses tipos celulares, os três principais dentre outros elementos celulares do sangue, é constante e necessária já que a meia vida das células sanguíneas é muito curta, sendo em alguns casos da ordem de horas. A homeostasia do tecido sanguíneo é rigidamente regulada e qualquer alteração nessa dinâmica entre morte e produção celular resulta em algum processo patológico. Por exemplo, quando não há produção de células novas ou há morte em excesso de células diferenciadas, temos aplasias ou anemias. Por outro lado, quando temos uma produção exacerbada de novas células ou uma resistência maior de células diferenciadas à morte, temos neoplasias ou cânceres. Esses desequilíbrios também ocorrem em tecidos de outra origem como tecido nervoso, conjuntivos (osso, cartilagem) e tecidos epidermais (pele, intestinos, estômago, e glândulas).
CÉLULAS DO SANGUE DE CORDÃO UMBILICAL E O BANCO PÚBLICO
O sangue de cordão umbilical e placentário é o que circula através da placenta e cordão umbilical, levando oxigênio e nutrientes do sangue materno para o feto e retornando para a placenta para ser purificado.
A função da placenta na troca de gases para o feto é semelhante à do sistema respiratório; há uma membrana separando duas correntes de sangue e a transferência de gases é feita por difusão.
A glicose e outros nutrientes atravessam a membrana das vilosidades placentárias para o feto e os elementos de excreção fetal, passam no sentido oposto, por mecanismos de difusão.
No Brasil são feitos anualmente cerca de 2,5 transplantes de medula por milhão de habitantes contra uma média de 7 a 10 nos países desenvolvidos. As limitações são os custos do procedimento e a baixa disponibilidade de doadores compatíveis. A conseqüência para o paciente é um tempo de espera em torno de um ano, infelizmente longo demais em muitos casos. Uma alternativa para aumentar a disponibilidade de doadores, e reduzir o custo do transplante, é o uso de sangue de cordão umbilical (SCU), rico em células-tronco e que pode ser usado para reconstituição hematopoética. As células de SCU são menos imunorreativas que as da medula óssea, permitindo o uso em transplantes não-aparentados idênticos ou parcialmente idênticos com menos complicações. As células de SCU podem ser criopreservadas e bancos públicos dessas células existem em vários países, destacando-se a iniciativa pan-européia Eurocord. Em 2003 esses bancos já dispunham de 130.000 unidades de SCU disponíveis para transplante e 3.000 transplantes já haviam sido feitos desde 1998, com alta taxa de sucesso.
O banco público possui importantes vantagens sobre o congelamento privado de SCU. A mais importante é que o transplante autólogo (com células do próprio paciente) tem resultado pior do que o alogênico (com células de um doador, aparentado ou não) em casos de leucemia, imunodeficiências e anemia aplástica. Além disso, a probabilidade de que uma criança vá precisar de suas próprias células é, segundo a maioria dos estudos, muito baixa (1:100. 000), não justificando os custos do depósito para uso próprio.
Transplante Autólogo de Células
Progenitoras de Sangue Periférico
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Presentemente, única desvantagem do uso de SCU é o que número de CTH por cordão varia conforme a doadora e as condições de coleta, limitando o transplante a pacientes na faixa de 50-60kg de peso. Essa limitação deverá ser superada brevemente: técnicas de expansão ex-vivo das CTH derivadas de cordão estão sendo desenvolvidas por vários grupos de pesquisa, entre os quais o do IEP Albert Einstein, o que aumentará o alcance dos bancos de SCU.
O desafio brasileiro é estabelecer um banco público de SCU. A meta definida pelo projeto Brasil Cord, de 1999, previa a coleta de 12.000 unidades de SCU em 3 anos (com o que estaria coberta diversidade genética da população brasileira) em 4 a 8 centros de processamento no país. Estudos de viabilidade técnica e econômica dessa rede foram revisados em 2002 por um grupo multi-institucional reunido no IEP Albert Einstein.
A busca de células compatíveis de medula óssea com auxílio dos bancos internacionais é de U$ 40.000,00 por paciente, e o sistema público de saúde deve gastar U$ 2 milhões por ano apenas nesse tipo de busca, considerando-se a meta de 50 transplantes/ano autorizados nessas condições. Isso, obviamente, não inclui o custo do transplante. Complicações derivadas da menor identidade genética entre doador e receptor aumentam o risco de complicações e o custo final do procedimento. A implantação completa do Brasil Cord (equipamento dos centros, treinamento das equipes e custeio das operações de coleta) não superaria U$ 10 milhões em 5 anos e permitiria a realização de 190 transplantes/ano, com economia de U$ 7.5 milhões/ ano de gastos no exterior. Além da vantagem econômica, estão à garantia da disponibilidade das células, a geração de tecnologia no país e a abertura para a pesquisa de outros usos terapêuticos das CTH derivadas de cordão, o que, novamente, passa pelo banco público.
O grande desafio e compromisso da ciência no campo da genética molecular e da genética humana, assim como de outros ramos da ciência e tecnologia, é a permanente geração de conhecimento e sua reversão em prol da melhoria das condições de vida e do bem estar de nossa população.
Paralelamente ao avanço da ciência é necessário estabelecer mecanismos de acesso ao conhecimento gerado, assim como aos benefícios sociais e econômicos deles advindos, de forma a romper com situações históricas de desigualdades regionais e locais.
Desta forma vemos a importância em sensibilizar autoridades governamentais e instituições de pesquisa para a criação de Bancos de Sangue de Cordão Umbilical e Placentário (BSCUP) em todo o Brasil, visto sua importância médica como recurso terapêutico em diversas situações.
Igualmente importante é diversificar os pontos de coleta para aumentar as chances de compatibilidade e a oportunidade para todos terem acesso a esta nova tecnologia.
Desta forma estará sinalizado, para os próprios brasileiros e para a comunidade internacional, que o Brasil é uma potência ainda pouco explorada e que podemos ser parceiros viáveis em projetos de desenvolvimento de médio e longo prazos, nessa e em outras áreas.
O cordão, que hoje em dia é tratado como um lixo hospitalar, é uma fonte viável para o tratamento de muitas doenças. Nele se encontra um grande número de células-tronco hematopoiéticas, fundamentais no transplante de medula óssea. Se houver necessidade do transplante, essas células de cordão ficam imediatamente disponíveis e não há necessidade de localizar o doador compatível e submetê-lo à retirada da medula óssea.
Com o sangue do cordão umbilical congelado, as células-tronco ficam disponíveis para necessidades futuras, como no caso do surgimento de doenças, durante pelo menos 15 anos após a coleta. Além dessa vantagem, não há risco de rejeição quando essas células forem implantadas no paciente, uma vez que elas foram retiradas dele mesmo.
Portanto investir em bancos de sangue de cordões umbilicais e placentários em todo o Brasil deveria ser uma prioridade do ministério da saúde, porque poderão, imediatamente, curar os milhares de brasileiros afetados por leucemia.
CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS
As células-tronco embrionárias são estudadas desde o século 19, mas só há 20 anos dois grupos independentes de pesquisadores conseguiram imortalizá-las, ou seja, cultivá-las indefinidamente em laboratório. Para isso, utilizaram células retiradas da massa celular interna de blastocistos (um dos estágios iniciais dos embriões de mamíferos) de camundongos. Essas células são conhecidas pela sigla ES, do inglês embryonic stem cells (células-tronco embrionárias), e são denominadas pluripotentes, pois podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas também podem se diferenciar se forem modificadas as condições de cultivo (figura abaixo) . De fato, é preciso cultivar as células ES sob condições muito especiais para que proliferem e continuem indiferenciadas, e encontrar essas condições foi o grande desafio vencido pelos cientistas.
As células-tronco embrionárias são denominadas pluripotentes, porque podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas se diferenciam se forem alteradas as condições de cultivo.
Outra característica especial dessas células é que, quando reintroduzidas em embriões de camundongo, dão origem a células de todos os tecidos de um animal adulto, mesmo as germinativas (óvulos e espermatozóides). Apenas uma célula ES, no entanto, não é capaz de gerar um embrião. Isso significa que tais células não são totipotentes, como o óvulo fertilizado.
A disponibilidade de células ES de camundongos tornou corriqueira a manipulação genética desses animais. A possibilidade de introduzir ou eliminar genes nas células ES in vitro e depois reimplantá-las em embriões permitiu gerar camundongos transgênicos (que expressam genes exógenos) e knockouts (que não têm um ou mais genes presentes em animais normais) essenciais para muitas pesquisas (figura abaixo). As células-tronco modificadas podem originar até células germinativas nos animais transgênicos adultos, permitindo em muitos casos a sua reprodução. Esses animais têm ajudado a caracterizar muitas doenças humanas resultantes de alterações genéticas.
Introduzindo ou eliminando genes nas células ES in vitro e em seguida reimplantando-as em embriões foi possível gerar camundongos transgênicos (que expressam genes exógenos) e knockouts (que não têm ou não expressam um ou mais genes presentes em animais normais).
O fato de as células ES reintroduzidas em embriões de camundongo gerarem tipos celulares integrantes de todos os tecidos do animal adulto revela que elas têm potencial para se diferenciar também in vitro em qualquer desses tipos, de uma célula da pele a um neurônio. Na verdade, vários laboratórios já conseguiram a diferenciação de células ES de camundongos, em cultura, em tipos tão distintos quanto às células hematopoiéticas (precursoras das células sangüíneas) e as do sistema nervoso (neurônios, astrócitos e oligodendrócitos), entre outras (figura abaixo).
Estudos em laboratórios de vários países já conseguiram que as
células-tronco embrionárias se diferenciassem, em cultura, em diversos tipos celulares.
A capacidade de direcionar esse processo de diferenciação permitiria que, a partir de células-tronco embrionárias, fossem cultivados controladamente os mais diferentes tipos celulares, abrindo a possibilidade de construir tecidos e órgãos in vitro, na placa de cultura, tornando viável à chamada bioengenharia.
Esse sonho biotecnológico tornou-se um pouco mais real em 1998, quando o biólogo James Thomson e sua equipe conseguiram, na Universidade de Wisconsin (Estados Unidos), imortalizar células ES de embriões humanos. No mesmo ano, também foram imortalizadas células embrionárias germinativas humanas (EG, do inglês embryonic germ cells), derivadas das células reprodutivas primordiais de fetos, pelo embriologista John Gearhart, da Universidade Johns Hopkins (Estados Unidos) e equipe. Como as ES, as EG também são pluripotentes, ou seja, podem gerar qualquer célula do organismo adulto.
A disponibilidade de células ES e EG humanas abriu horizontes impensáveis para a medicina, mas também trouxe complexos problemas ético-religiosos. Se já podemos imaginar o cultivo de células ES humanas gerando neurônios em cultura, que substituiriam células nervosas danificadas em doenças como as de Parkinson e de Alzheimer, não podemos esquecer que esse cultivo é feito a partir de células retiradas de embriões humanos, e para isso eles precisam ser sacrificados. Além disso, com a disponibilidade de células ES humanas e com as experiências de transferência nuclear, a clonagem de seres humanos tornou-se uma possibilidade cada vez mais real.
Diante de questões tão polêmicas, é preciso que a sociedade como um todo se manifeste, através de seus legisladores, e defina o que é socialmente aceitável no uso de células-tronco embrionárias humanas para fins médicos. Inaceitável é impedir o progresso científico baseado na premissa de que o uso do conhecimento pode infringir conceitos religiosos ou morais. O Congresso dos Estados Unidos parece ter chegado a essa conclusão ao autorizar recentemente o uso de células ES humanas nas pesquisas financiadas pelo National Institutes of Health (NIH).
CÉLULAS-TRONCO ADULTAS
Em 1998, a equipe italiana liderada pela bióloga Giuliana Ferrari, do Instituto San Rafaelle-Tellethon, apresentou o primeiro relatório sobre as propriedades das células-tronco adultas. Os pesquisadores estabeleceram que células-tronco de medula óssea podem dar origem a células musculares esqueléticas e podem migrar da medula para regiões lesadas no músculo. Estudos recentes constataram que além da pele, do intestino e da medula óssea, outros tecidos e órgãos humanos - fígado, pâncreas, músculos esqueléticos (associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso - têm um estoque de células-tronco e uma capacidade limitada de regeneração após lesões.
Mais recente ainda é a idéia de que essas células-tronco adultas são não apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compõem o tecido ou órgão específico onde estão situadas), mas também pluripotentes (podem gerar células de outros órgãos e tecidos). A pluripontecialidade foi demonstrada pela equipe de cientistas liderados pelos neurobiólogos Christopher Bjornson, da Universidade de Washington, Seattle, USA e Angelo Vescovi, do Instituto Nacional Neurológico de Milão, Itália, em janeiro de 1999. Os pesquisadores demonstraram que uma célula-tronco adulta derivada de um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade de proliferação pode seguir um programa de diferenciação totalmente diverso se colocada em um ambiente adequado. Também deixou claro que o potencial de diferenciação das células-tronco adultas não é limitado por sua origem embriológica: células neurais têm origem no ectoderma e células sangüíneas vêm do mesoderma embrionário. Essa pluripotencialidade das células-tronco adultas elimina não só as questões ético-religiosas, envolvidas no emprego das células-tronco embrionárias, mas também os problemas de rejeição imunológica, já que células-tronco do próprio paciente adulto podem ser usadas para regenerar seus tecidos ou órgãos lesados. Infelizmente, a pluripotencialidade das células-tronco adultas tem sido contestada por estudos desenvolvidos em diversos laboratórios, tornando ainda mais necessário que os cientistas possam investigar o uso de células-tronco embrionárias humanas nas terapias celulares, comparando-as com as células-tronco adultas.
Gostaria de enfatizar que as células-tronco autólogas (do próprio indivíduo) de qualquer fonte não curam as doenças, pois não corrigem as causas da doença seja ela infecciosa, ambiental ou genética. Elas permitem que se regenere os órgãos afetados, mas se a causa da doença não for removida, o órgão será novamente lesado. Sendo assim, é importante que se possa conjugar as terapias celulares com a gênica, por exemplo, na cura de doenças de origem genética. Isto requer a manipulação genética das células-tronco do indivíduo para corrigir o defeito genético antes de injetá-las no paciente. Se a doença for de causa infecciosa ou ambiental é preciso que além da terapia celular se remova o agente infeccioso ou ambiental causador da doença.
Existe a possibilidade da utilização de células-tronco heterólogas (de indivíduos diferentes do receptor) mas ainda há muita discussão a respeito de problemas de rejeição imunológica com estas células. Aqui novamente há ainda necessidade de muita pesquisa.
APLICAÇÕES EM CARDIOLOGIA
Em cardiologia as CTH autólogas (coletadas da medula óssea do próprio paciente) são ainda as células de escolha para uso em procedimentos que visam a regenerar o músculo cardíaco afetado por infarto. Insuficiências cardíacas causadas por perda ou disfunção de células musculares no coração atingem cerca de 4.8 milhões de pessoas nos EUA, com cerca de 400.000 novos casos por ano, e uma taxa de mortalidade superior a 50% dentro dos cinco primeiros anos após o diagnóstico inicial (NIH report, 2001).
O emprego de CT pode atenuar danos causados ao coração em decorrência de hipertensão, insuficiência crônica, doença da artéria coronária ou ataque cardíaco, contribuindo para uma redução da taxa de morbidade. Estudos pré-clínicos com modelos animais de infarto agudo do miocárdio constataram a regeneração de músculo e a formação de neo-vasos em área infartada, após transplantes de CT alogênicos. Em seres humanos, esses resultados foram confirmados em estudos de fase I com CTH multipotentes da medula óssea e mioblastos esqueléticos, abrindo a possibilidade do uso de células autólogas nesses procedimentos.
Presentemente, investiga-se com qual população, ou populações de CT adultas, se obtêm os melhores resultados em termos de reparo muscular e revascularização, havendo grande interesse nos progenitores endoteliais (angioblastos) e nas células mesenquimais da medula óssea. Nessa linha, o IEP Albert Einstein e o Depto. de Cardiologia do Hospital Albert Einstein desenvolvem um projeto para o uso de CT autólogas no tratamento de voluntários com cardiomiopatia isquêmica, com os primeiros transplantes previstos para o final de 2004.
APLICAÇÕES EM NEUROLOGIA
Entre as primeiras aplicações da terapia celular em neurologia está o tratamento da esclerose múltipla, uma doença inflamatória crônica do sistema nervoso central, de natureza autoimune, com déficit neurológico progressivo. O tratamento convencional emprega drogas imunossupressoras, mas há casos refratários onde à terapia celular com CTH aparece como alternativa. O procedimento consiste em intensa imunossupressão por quimioterapia e /ou radioterapia, seguida da reconstituição do sistema imune com CTH autólogas ou alogênicas. Ou seja, procura-se eliminar as células do sistema imune do paciente que estão agredindo seu sistema nervoso e substituí-las por novas células derivadas das CTH. No hospital Albert Einstein está em execução um estudo piloto onde as CTH do paciente com esclerose múltipla refratária são mobilizadas para a circulação periférica com o uso de determinadas drogas, coletadas e congeladas. A seguir o paciente submete-se à imunossupressão com quimioterapia e, depois, à reconstituição hematopoiética, feita com suas próprias CTH que haviam sido congeladas. Protocolos de pesquisa desse tipo estão em execução em diversas instituições no mundo com resultados satisfatórios: cerca de 70% dos pacientes apresentam melhora ou estabilização do quadro.
O próximo desafio nessa área são as doenças cérebro-vasculares. O interesse mais imediato é o emprego de CT na redução de morbidade após o acidente vascular cerebral isquêmico (AVCI), uma doença com altas taxas de mortalidade e morbidade no Brasil. Em ratos já está demonstrado que a infusão endovenosa de células estromais da medula óssea induz angiogênese na zona peri-isquêmica pós AVCI. Mais ainda, em camundongos foi verificado o aparecimento de células endotelias e de células expressando o marcador neuronal Neu-N após transferência de células de medula óssea em animais submetidos à isquemia cerebral experimental. Essa plasticidade, com o aparecimento conjunto de precursores neuronais e endoteliais na área isquêmica, abre grandes esperanças para o uso de CT em terapias celulares neuro-restaurativas. Esse mesmo caminho deverá ser trilhado para o uso de CT autólogas na redução de morbidade em casos de lesão da medula espinhal. Todas essas pesquisas envolvem, preliminarmente, a identificação in vitro dos fatores de diferenciação e de direcionamento das CT ao tecido alvo do tratamento.
PERSPECTIVAS FUTURAS
O potencial terapêutico das CT vem se afirmando como altamente promissor. A caracterização cada vez mais detalhada de novos tipos de CT em tecidos maduros e a exploração de fontes alternativas de CT, como o sangue de cordão umbilical, é uma linha de pesquisa relevante no rumo da medicina regenerativa. Mas não é o único caminho a ser trilhado nesse rumo. De grande interesse é também o estudo das CTE. O uso de CTE está na agenda dos governos em muitos países, com fortes pressões a favor e contra o uso de blastocistos humanos oriundos de fertilização in vitro como fonte dessas células (12). Muitos países, como os EUA, liberaram os estudos com as linhagens de CTE já existentes (cerca de 78), mas proibiram temporariamente a obtenção de novas linhagens. Outros, como o Reino Unido e Israel, têm postura liberal quanto ao uso experimental de embriões. No Brasil, no momento em que este artigo é escrito, a situação ainda está indefinida. É absolutamente certo que a pesquisa com CTE pode abreviar o tempo necessário para se dominar os caminhos que levam as CT a se transformar em células do sangue, dos músculos ou do sistema nervoso. Existe a possibilidade de que, para algumas aplicações terapêuticas, essas células venham a se mostrar imprescindíveis. A comunidade científica não pode arbitrar esse debate, onde se joga uma parte do futuro de toda a humanidade, mas deve dele participar ativamente porque a difusão do conhecimento é indissociável da atividade de pesquisa.
CÂNCER: "DESDIFERENCIAÇÃO" OU DOENÇA DA CÉLULA-TRONCO?
Classicamente, aprendemos que um câncer é uma célula imortal, ou que é uma célula que apresenta características embrionárias pois, como muitos tecidos embrionários, é uma célula que não apresenta um estado de diferenciação claro e, ao mesmo tempo, apresenta uma notória capacidade de proliferação. Esse conceito evoluiu para "o câncer é uma célula incapaz de diferenciar-se" refletindo o antigo conceito de células com características embrionárias no indivíduo adulto.
Atualmente, o conceito de um câncer como uma doença de células que não se diferenciaram ou que perderam seus mecanismos de controle de proliferação evoluiu para "o câncer é uma doença da célula-tronco".
Inicialmente, aprendemos que um câncer tem uma capacidade de proliferação ilimitada. Contudo, o que parece é que um tumor, seja um tumor sólido, seja uma leucemia (câncer das células do sangue), se comporta como uma unidade tecidual, com uma dinâmica de renovação que envolve proliferação e morte de uma população celular heterogênea. Esta heterogeneidade aparece principalmente em relação ao potencial proliferativo dessa população.
LEUCEMIAS: UM MODELO ENRIQUECEDOR
Se pensarmos numa leucemia da maneira clássica descrita no item anterior, na qual todas as células são capazes de proliferação ilimitada, qualquer célula purificada de uma população de células leucêmicas seria capaz de proliferar indefinidamente tanto in vitro quanto in vivo. A partir da década de 60, pesquisadores como Bruce e Gaag, Wodinsky, entre outros, e posteriormente Park e seus colaboradores no início dos anos 70, apresentaram as primeiras evidências de que isso não era verdade. Esses últimos evidenciaram que apenas 1 a 4% de células leucêmicas de camundongos eram capazes de formar colônias quando transferidas para outro animal geneticamente idêntico.
A origem da célula tronco leucêmica (CTL)
Uma determinada leucemia pode ser vista como um tecido hematopoiético anormal iniciada por CTLs que sofrem uma desenvolvimento aberrante e pouco controlado. As CTLs podem ser CTHs que se tornaram leucêmicas como resultado de alterações acumuladas (1) ou progenitores mais comprometidos que readquiriram capacidade de autorenovação da célula tronco (2).
Mais recentemente, isso foi demonstrado para leucemias humanas, por Blair e colaboradores e Bonnet e Dick. Utilizando camundongos imunodeficientes (animais desprovidos de sistema imune e portanto incapazes de rejeitar quaisquer células), mostraram que apenas uma fração de células leucêmicas de leucemia mielóide aguda (LMA) era capaz de gerar doença (por exemplo, proliferar). Essa população correspondia à fração com características de células-tronco, similares às células-tronco hematopoiéticas. Mais do que isso, mostraram que as outras populações, que não apresentam as características da célula-tronco, não eram capazes de gerar a doença e que a freqüência das células capazes de gerar doença era extremamente baixa, variando de 0,2 a 1% da população total de células doentes.
Muitas leucemias, e alguns tumores sólidos também, apresentam anormalidades genéticas que, por sua vez, caracterizam a patologia ou, por outras vezes, correlacionam com o prognóstico da doença. De qualquer forma, tais anormalidades nos gens, que envolvem deleções ou translocações de cromossomos ou suas partes servem para identificar essas células tumorais e talvez sua origem. Ainda na leucemia mielóide aguda (LMA), a anormalidade cromossômica mais comum é a translocação de parte do cromossomo 8 que se justapõe ao cromossomo 21, identificado como um transcrito quimérico chamado AML1-ETO. Em pacientes em remissão da LMA, o transcrito AML1-ETO, pode ser encontrado nas células-tronco hematopoéticas normais, e as mesmas células quando isoladas são capazes de gerar células sanguíneas normais, assim como não foram capazes de gerar leucemia. O que indica que a translocação ocorreu nas células-tronco, mas alguma ou algumas alterações a posteriori foram necessárias para a transformação maligna. Isto é verdade em outros tipos de leucemias, como na leucemia mielóide crônica, onde um produto de translocação gênica (específico dessa leucemia) aparece não só nas células leucêmicas, mas também em células hematopoiéticas normais e também em outros tipos celulares como no endotélio. Este último tem a mesma origem embriológica que as células do sangue, indicando que a translocação ocorreu numa célula tronco embrionária, que originou tanto o tecido hematopoiético que se malignizou quanto os vasos sanguíneos, que são normais.
A manutenção de um tecido tumoral baseado em uma célula tronco tumoral leva a complicações biológicas no curso da doença. A maioria dos métodos de tratamento quimioterápicos têm como alvo células em proliferação (células vermelhas). As células tronco (células azuis) são pouco freqüentes e quiescentes portanto resistentes a esses tratamentos. A longo prazo elas voltam a compor um novo tecido tumoral (1). Baseados nos estudos da biologia da célula tronco, a diferenciação das células tronco tumoral, a tornaria sensível à quimioterapia (2). O mesmo aconteceria ao estimular a proliferação da célula tronco tumoral (células verdes - 3).
Acredita-se que a transformação maligna se dá pelo acúmulo de mutações, que podem ser acompanhadas ou não de aberrações cariotípicas (anomalias genéticas citadas acima). A probabilidade das alterações ocorrerem se relaciona ao potencial proliferativo da população em questão. Por isso, essa transformação maligna pode não ocorrer na célula-tronco, que é uma célula com freqüência quiescente, mas pode ocorrer em seus progenitores, que são células que passam por vários ciclos de divisão para expansão da população periférica. De fato, podemos até propor que a baixa freqüência das células tronco adultas somado a sua quiescência a protegem de mecanismos de transformação maligna.
CÂNCER DE MAMA
Assim como o tecido hematopoiético, o tecido mamário possui células-tronco capazes de gerar diversos tipos celulares.
Se nos lembrarmos da função da mama, que é a produção de leite durante o período de gestação e lactação, podemos dizer que a mama por excelência é um tecido displásico. Responde à gestação com hipertrofia, proliferação e especialização de células epiteliais que produzem leite, regredindo após a lactação. O tecido mamário é notoriamente formado pelo desenvolvimento de ramificações, botões mioepiteliais que adentram o tecido adiposo subjacente quando em desenvolvimento. Ao final das terminações existe um sítio com células tidas como células-tronco da mama: as mesmas geram células progenitoras, que dão origem a uma camada externa, mioepitelial, e outra população que forma uma camada interna, que se diferenciam para formar a luz do tubo em desenvolvimento.
Analogamente às leucemias, o câncer de mama parece depender de uma célula-tronco para se manter, porém um modelo baseado em células-tronco para câncer de mama surgiu apenas no ano passado .
De maneira similar ao realizado com as leucemias do sistema hematopoiético, Al-Hajj e colaboradores separaram diversas subpopulações de células de câncer de mama em função da presença de marcadores moleculares específicos e injetaram em camundongos imuno-incompetentes. Das várias subpopulações, apenas uma foi capaz de gerar tumores nesses camundongos, com toda a heterogeneidade celular presente na população original. Esses dados mostram que também, neste caso, há uma célula-tronco cancerosa, e que apenas esta é tumorigênica.
IMPLICAÇÕES
A pesquisa e caracterização de células-tronco tumorais é crucial no entendimento do câncer enquanto doença. Muitas das informações que obtemos e derivamos para o diagnóstico, prognóstico e tratamento dessa patologia deriva de populações heterogêneas, com diferentes graus de maturação. Cada vez mais temos a noção de que o câncer é um tecido ou uma unidade tecidual, que se desenvolve com suas próprias células-tronco, assumindo um crescimento que não corresponde ao padrão do organismo. Neste momento, cada vez mais se torna urgente à caracterização das células-tronco tumorais para otimização das metodologias de diagnóstico e avaliação de prognóstico. Um melhor ou pior prognóstico está relacionado à freqüência de células-tronco em um tumor. A conseqüência direta é a necessidade do desenvolvimento de estratégias terapêuticas que consigam atuar sobre as células-tronco, e não apenas sobre as células com alto potencial proliferativo, porém com baixa capacidade de autorenovação. Essas estratégias deverão considerar a especificidade dos marcadores das células-tronco, sua baixa freqüência e baixa taxa de proliferação que a torna resistente aos quimioterápicos ciclo-dependentes. Quem sabe, num futuro próximo, novas formas de regular o crescimento e manutenção da célula-tronco, estarão disponíveis para o tratamento das doenças malignas.
DOENÇAS AUTO-IMUNES
As células-tronco parecem ser um campo promissor também no tratamento de doenças auto-imunes, tais como a artrite reumatóide, o lúpus eritematoso sistêmico e a nefrite lúpica. Algumas experiências já foram realizadas pela equipe de Júlio C. Voltarelli, do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, da USP (HCFMRP-USP). Esses estudos empregam células-tronco medulares do próprio paciente, das quais são separadas as subpopulações não auto-imunes, que são reintroduzidas nos pacientes, depois de passarem por tratamento com quimioterápicos. A quimioterapia destrói as células defeituosas do sistema imune. Voltarelli e sua equipe já realizaram o transplante em 20 pacientes portadores de diferentes doenças auto-imunes, obtendo resultados animadores. Os projetos de pesquisa encontram-se agora na fase que envolve a realização dos transplantes em um número maior de pacientes, em diferentes centros, a fim de comparar os resultados obtidos com a terapia convencional e a que se utiliza das células-tronco. O próximo passo, se for comprovada a superioridade do tratamento com células-tronco, será o de torná-lo disponível em hospitais públicos e privados.
Entre as doenças auto-imunes nas quais o tratamento com células-tronco está sendo testado, encontra-se também o diabetes melito. Pesquisadores do Núcleo de Terapia Celular Molecular (Nucel), do Instituto de Química da USP, obtiveram resultados positivos na diminuição dos efeitos do diabetes, através de transplantes de ilhotas pancreáticas. Já os pesquisadores do hospital da USP de Ribeirão Preto, tentam obter resultados semelhantes utilizando uma técnica diferente. A técnica aplicada em Ribeirão Preto envolve a retirada das células-tronco do paciente, que é então submetido à quimioterapia e à ação de imunossupressores, para então reintroduzirem-se as células-tronco no próprio paciente, evitando, assim, que as células alteradas do sistema imunológico destruam as células produtoras de insulina do pâncreas.
O BRASIL
O Brasil realizou no dia 08/10/2004 numa menina de 9 anos portadora de leucemia linfóide aguda o primeiro transplante de medula óssea com cordão umbilical coletado, congelado e disponibilizado no país. A informação foi divulgada por autoridades médicas em Jaú, no interior paulista, onde o procedimento foi realizado. O Ministério da Saúde anunciou a implantação no país da rede BrasilCord, um banco de sangue público de cordões umbilicais.
No Brasil os tratamentos com células-tronco são feitos apenas em grandes centros de pesquisa, como os grandes hospitais e somente para pacientes que assinam um termo de consentimento e concordam em participar desses estudos clínicos.
Recentemente, o Ministério da Saúde aprovou um orçamento de R$ 13 milhões em três anos para a pesquisa das células-tronco da qual participam alguns grandes hospitais brasileiros como o Instituto do Coração - SP, Instituto Nacional de Cardiologia de Laranjeiras - RJ, entre outros. Serão estudadas as cardiopatias chagásicas (decorrente da doença da Chagas), o infarto agudo do miocárdio, a cardiomiopatia dilatada e a doença isquêmica crônica do coração.
Como a terapia utiliza células-tronco autólogas, o estudo não sofre influência da Lei de Biossegurança. Além dessa grande pesquisa, o Brasil está investindo em terapia com células-tronco voltada a outras doenças, como é o caso da distrofia muscular, esclerose múltipla, câncer, traumatismo de medula espinhal, diabetes etc.
Em março de 2005, a Câmara dos Deputados aprovou — com 352 votos a favor, 60 contra e uma abstenção — o projeto que regulamenta a produção e comercialização de organismos geneticamente modificados, os transgênicos, e a pesquisa com células-tronco embrionárias para fins terapêuticos.
A Câmara dos Deputados passou a autorizar a retirada de células-tronco de embriões congelados, obtidos por fertilização in vitro, que foram armazenados há cerca de três anos, com o consentimento dos pais, para serem utilizados em pesquisas. Após quatro anos de armazenamento, esses embriões são descartados.
Os laboratórios que vão desenvolver essas pesquisas terão de obedecer às leis de biossegurança e serão fiscalizados por órgãos governamentais.
No Brasil, a Lei nº. 8.974, de 1995, veda a "manipulação genética de células germinais humanas" e trata essa prática como crime, fixando pena de detenção de 3 meses a um ano. A instrução normativa nº. 8, de 1997, da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CNTBio), reforça a proibição de experimentos de clonagem. Para fins terapêuticos é permitida a pesquisa com células- tronco, desde que não sejam embrionárias humanas.
A Lei de Biossegurança, aprovada pela Câmara dos Deputados no início de fevereiro de 2004, proíbe "a produção de embriões humanos destinados a servir como material biológico disponível". Por outro lado, permite a "clonagem terapêutica com células pluripotentes", o que é uma grande contradição já que a clonagem terapêutica, como já vimos, necessariamente envolve "a produção de embriões humanos destinados a servir como material biológico disponível".
Confusões conceituais à parte, é uma lástima que o país ceda às pressões de grupos religiosos e proíba de forma radical a pesquisa com embriões humanos. Concordo que este seja um material biológico precioso, mas a proibição total representa um atraso para o desenvolvimento da ciência no país. Poderíamos criar mecanismos de vigilância e legislações que permitissem esse tipo de pesquisa por grupos qualificados, credenciados de acordo com sua capacidade demonstrada na área - isso foi feito com muito sucesso em relação ao acesso a materiais radioativos, por exemplo. O Brasil perde uma grande oportunidade de ter uma vantagem competitiva na promissora área de pesquisa com CTs embrionárias. A permissão controlada nos tornaria líderes nesse tipo de pesquisa na América Latina, atraindo pesquisadores de outros países que nos ajudariam na formação de novos pesquisadores nessa área. Depois de tantos anos de investimento em pesquisa, temos os cérebros, temos a infra-estrutura - agora nos falta a lei.
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O tecido hematopoiético se desenvolve na vida adulta de maneira hierarquizada. A Célula Tronco Hematopoiética (CTH) é multipotente e imortal, ou seja, apresenta potencial para diferenciar-se em qualquer célula hematopoiética e pode ao longo prazo gerar outras células-tronco. As CTH originam as Células Progenitoras Hematopoiéticas (CPrH), que são células determinadas às diferentes linhagens hematopoiéticas, com alto potencial e taxa de proliferação. Essas por sua vez originam as Células Precursoras Hematopoiéticas (CPH) e Células Maduras (CM) do sangue e de outros órgãos, sendo totalmente diferenciadas morfo e funcionalmente.
No sistema hematopoiético, o papel das células-tronco é muito claro. Por hora, produzimos 1-5x109 células vermelhas e 1-5x109 células brancas. A produção desses tipos celulares, os três principais dentre outros elementos celulares do sangue, é constante e necessária já que a meia vida das células sanguíneas é muito curta, sendo em alguns casos da ordem de horas. A homeostasia do tecido sanguíneo é rigidamente regulada e qualquer alteração nessa dinâmica entre morte e produção celular resulta em algum processo patológico. Por exemplo, quando não há produção de células novas ou há morte em excesso de células diferenciadas, temos aplasias ou anemias. Por outro lado, quando temos uma produção exacerbada de novas células ou uma resistência maior de células diferenciadas à morte, temos neoplasias ou cânceres. Esses desequilíbrios também ocorrem em tecidos de outra origem como tecido nervoso, conjuntivos (osso, cartilagem) e tecidos epidermais (pele, intestinos, estômago, e glândulas).
CÉLULAS DO SANGUE DE CORDÃO UMBILICAL E O BANCO PÚBLICO
O sangue de cordão umbilical e placentário é o que circula através da placenta e cordão umbilical, levando oxigênio e nutrientes do sangue materno para o feto e retornando para a placenta para ser purificado.
A função da placenta na troca de gases para o feto é semelhante à do sistema respiratório; há uma membrana separando duas correntes de sangue e a transferência de gases é feita por difusão.
A glicose e outros nutrientes atravessam a membrana das vilosidades placentárias para o feto e os elementos de excreção fetal, passam no sentido oposto, por mecanismos de difusão.
No Brasil são feitos anualmente cerca de 2,5 transplantes de medula por milhão de habitantes contra uma média de 7 a 10 nos países desenvolvidos. As limitações são os custos do procedimento e a baixa disponibilidade de doadores compatíveis. A conseqüência para o paciente é um tempo de espera em torno de um ano, infelizmente longo demais em muitos casos. Uma alternativa para aumentar a disponibilidade de doadores, e reduzir o custo do transplante, é o uso de sangue de cordão umbilical (SCU), rico em células-tronco e que pode ser usado para reconstituição hematopoética. As células de SCU são menos imunorreativas que as da medula óssea, permitindo o uso em transplantes não-aparentados idênticos ou parcialmente idênticos com menos complicações. As células de SCU podem ser criopreservadas e bancos públicos dessas células existem em vários países, destacando-se a iniciativa pan-européia Eurocord. Em 2003 esses bancos já dispunham de 130.000 unidades de SCU disponíveis para transplante e 3.000 transplantes já haviam sido feitos desde 1998, com alta taxa de sucesso.
O banco público possui importantes vantagens sobre o congelamento privado de SCU. A mais importante é que o transplante autólogo (com células do próprio paciente) tem resultado pior do que o alogênico (com células de um doador, aparentado ou não) em casos de leucemia, imunodeficiências e anemia aplástica. Além disso, a probabilidade de que uma criança vá precisar de suas próprias células é, segundo a maioria dos estudos, muito baixa (1:100. 000), não justificando os custos do depósito para uso próprio.
Transplante Autólogo de Células
Progenitoras de Sangue Periférico
Clique na figura para expandir
Presentemente, única desvantagem do uso de SCU é o que número de CTH por cordão varia conforme a doadora e as condições de coleta, limitando o transplante a pacientes na faixa de 50-60kg de peso. Essa limitação deverá ser superada brevemente: técnicas de expansão ex-vivo das CTH derivadas de cordão estão sendo desenvolvidas por vários grupos de pesquisa, entre os quais o do IEP Albert Einstein, o que aumentará o alcance dos bancos de SCU.
O desafio brasileiro é estabelecer um banco público de SCU. A meta definida pelo projeto Brasil Cord, de 1999, previa a coleta de 12.000 unidades de SCU em 3 anos (com o que estaria coberta diversidade genética da população brasileira) em 4 a 8 centros de processamento no país. Estudos de viabilidade técnica e econômica dessa rede foram revisados em 2002 por um grupo multi-institucional reunido no IEP Albert Einstein.
A busca de células compatíveis de medula óssea com auxílio dos bancos internacionais é de U$ 40.000,00 por paciente, e o sistema público de saúde deve gastar U$ 2 milhões por ano apenas nesse tipo de busca, considerando-se a meta de 50 transplantes/ano autorizados nessas condições. Isso, obviamente, não inclui o custo do transplante. Complicações derivadas da menor identidade genética entre doador e receptor aumentam o risco de complicações e o custo final do procedimento. A implantação completa do Brasil Cord (equipamento dos centros, treinamento das equipes e custeio das operações de coleta) não superaria U$ 10 milhões em 5 anos e permitiria a realização de 190 transplantes/ano, com economia de U$ 7.5 milhões/ ano de gastos no exterior. Além da vantagem econômica, estão à garantia da disponibilidade das células, a geração de tecnologia no país e a abertura para a pesquisa de outros usos terapêuticos das CTH derivadas de cordão, o que, novamente, passa pelo banco público.
O grande desafio e compromisso da ciência no campo da genética molecular e da genética humana, assim como de outros ramos da ciência e tecnologia, é a permanente geração de conhecimento e sua reversão em prol da melhoria das condições de vida e do bem estar de nossa população.
Paralelamente ao avanço da ciência é necessário estabelecer mecanismos de acesso ao conhecimento gerado, assim como aos benefícios sociais e econômicos deles advindos, de forma a romper com situações históricas de desigualdades regionais e locais.
Desta forma vemos a importância em sensibilizar autoridades governamentais e instituições de pesquisa para a criação de Bancos de Sangue de Cordão Umbilical e Placentário (BSCUP) em todo o Brasil, visto sua importância médica como recurso terapêutico em diversas situações.
Igualmente importante é diversificar os pontos de coleta para aumentar as chances de compatibilidade e a oportunidade para todos terem acesso a esta nova tecnologia.
Desta forma estará sinalizado, para os próprios brasileiros e para a comunidade internacional, que o Brasil é uma potência ainda pouco explorada e que podemos ser parceiros viáveis em projetos de desenvolvimento de médio e longo prazos, nessa e em outras áreas.
O cordão, que hoje em dia é tratado como um lixo hospitalar, é uma fonte viável para o tratamento de muitas doenças. Nele se encontra um grande número de células-tronco hematopoiéticas, fundamentais no transplante de medula óssea. Se houver necessidade do transplante, essas células de cordão ficam imediatamente disponíveis e não há necessidade de localizar o doador compatível e submetê-lo à retirada da medula óssea.
Com o sangue do cordão umbilical congelado, as células-tronco ficam disponíveis para necessidades futuras, como no caso do surgimento de doenças, durante pelo menos 15 anos após a coleta. Além dessa vantagem, não há risco de rejeição quando essas células forem implantadas no paciente, uma vez que elas foram retiradas dele mesmo.
Portanto investir em bancos de sangue de cordões umbilicais e placentários em todo o Brasil deveria ser uma prioridade do ministério da saúde, porque poderão, imediatamente, curar os milhares de brasileiros afetados por leucemia.
CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS
As células-tronco embrionárias são estudadas desde o século 19, mas só há 20 anos dois grupos independentes de pesquisadores conseguiram imortalizá-las, ou seja, cultivá-las indefinidamente em laboratório. Para isso, utilizaram células retiradas da massa celular interna de blastocistos (um dos estágios iniciais dos embriões de mamíferos) de camundongos. Essas células são conhecidas pela sigla ES, do inglês embryonic stem cells (células-tronco embrionárias), e são denominadas pluripotentes, pois podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas também podem se diferenciar se forem modificadas as condições de cultivo (figura abaixo) . De fato, é preciso cultivar as células ES sob condições muito especiais para que proliferem e continuem indiferenciadas, e encontrar essas condições foi o grande desafio vencido pelos cientistas.
As células-tronco embrionárias são denominadas pluripotentes, porque podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas se diferenciam se forem alteradas as condições de cultivo.
Outra característica especial dessas células é que, quando reintroduzidas em embriões de camundongo, dão origem a células de todos os tecidos de um animal adulto, mesmo as germinativas (óvulos e espermatozóides). Apenas uma célula ES, no entanto, não é capaz de gerar um embrião. Isso significa que tais células não são totipotentes, como o óvulo fertilizado.
A disponibilidade de células ES de camundongos tornou corriqueira a manipulação genética desses animais. A possibilidade de introduzir ou eliminar genes nas células ES in vitro e depois reimplantá-las em embriões permitiu gerar camundongos transgênicos (que expressam genes exógenos) e knockouts (que não têm um ou mais genes presentes em animais normais) essenciais para muitas pesquisas (figura abaixo). As células-tronco modificadas podem originar até células germinativas nos animais transgênicos adultos, permitindo em muitos casos a sua reprodução. Esses animais têm ajudado a caracterizar muitas doenças humanas resultantes de alterações genéticas.
Introduzindo ou eliminando genes nas células ES in vitro e em seguida reimplantando-as em embriões foi possível gerar camundongos transgênicos (que expressam genes exógenos) e knockouts (que não têm ou não expressam um ou mais genes presentes em animais normais).
O fato de as células ES reintroduzidas em embriões de camundongo gerarem tipos celulares integrantes de todos os tecidos do animal adulto revela que elas têm potencial para se diferenciar também in vitro em qualquer desses tipos, de uma célula da pele a um neurônio. Na verdade, vários laboratórios já conseguiram a diferenciação de células ES de camundongos, em cultura, em tipos tão distintos quanto às células hematopoiéticas (precursoras das células sangüíneas) e as do sistema nervoso (neurônios, astrócitos e oligodendrócitos), entre outras (figura abaixo).
Estudos em laboratórios de vários países já conseguiram que as
células-tronco embrionárias se diferenciassem, em cultura, em diversos tipos celulares.
A capacidade de direcionar esse processo de diferenciação permitiria que, a partir de células-tronco embrionárias, fossem cultivados controladamente os mais diferentes tipos celulares, abrindo a possibilidade de construir tecidos e órgãos in vitro, na placa de cultura, tornando viável à chamada bioengenharia.
Esse sonho biotecnológico tornou-se um pouco mais real em 1998, quando o biólogo James Thomson e sua equipe conseguiram, na Universidade de Wisconsin (Estados Unidos), imortalizar células ES de embriões humanos. No mesmo ano, também foram imortalizadas células embrionárias germinativas humanas (EG, do inglês embryonic germ cells), derivadas das células reprodutivas primordiais de fetos, pelo embriologista John Gearhart, da Universidade Johns Hopkins (Estados Unidos) e equipe. Como as ES, as EG também são pluripotentes, ou seja, podem gerar qualquer célula do organismo adulto.
A disponibilidade de células ES e EG humanas abriu horizontes impensáveis para a medicina, mas também trouxe complexos problemas ético-religiosos. Se já podemos imaginar o cultivo de células ES humanas gerando neurônios em cultura, que substituiriam células nervosas danificadas em doenças como as de Parkinson e de Alzheimer, não podemos esquecer que esse cultivo é feito a partir de células retiradas de embriões humanos, e para isso eles precisam ser sacrificados. Além disso, com a disponibilidade de células ES humanas e com as experiências de transferência nuclear, a clonagem de seres humanos tornou-se uma possibilidade cada vez mais real.
Diante de questões tão polêmicas, é preciso que a sociedade como um todo se manifeste, através de seus legisladores, e defina o que é socialmente aceitável no uso de células-tronco embrionárias humanas para fins médicos. Inaceitável é impedir o progresso científico baseado na premissa de que o uso do conhecimento pode infringir conceitos religiosos ou morais. O Congresso dos Estados Unidos parece ter chegado a essa conclusão ao autorizar recentemente o uso de células ES humanas nas pesquisas financiadas pelo National Institutes of Health (NIH).
CÉLULAS-TRONCO ADULTAS
Em 1998, a equipe italiana liderada pela bióloga Giuliana Ferrari, do Instituto San Rafaelle-Tellethon, apresentou o primeiro relatório sobre as propriedades das células-tronco adultas. Os pesquisadores estabeleceram que células-tronco de medula óssea podem dar origem a células musculares esqueléticas e podem migrar da medula para regiões lesadas no músculo. Estudos recentes constataram que além da pele, do intestino e da medula óssea, outros tecidos e órgãos humanos - fígado, pâncreas, músculos esqueléticos (associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso - têm um estoque de células-tronco e uma capacidade limitada de regeneração após lesões.
Mais recente ainda é a idéia de que essas células-tronco adultas são não apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compõem o tecido ou órgão específico onde estão situadas), mas também pluripotentes (podem gerar células de outros órgãos e tecidos). A pluripontecialidade foi demonstrada pela equipe de cientistas liderados pelos neurobiólogos Christopher Bjornson, da Universidade de Washington, Seattle, USA e Angelo Vescovi, do Instituto Nacional Neurológico de Milão, Itália, em janeiro de 1999. Os pesquisadores demonstraram que uma célula-tronco adulta derivada de um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade de proliferação pode seguir um programa de diferenciação totalmente diverso se colocada em um ambiente adequado. Também deixou claro que o potencial de diferenciação das células-tronco adultas não é limitado por sua origem embriológica: células neurais têm origem no ectoderma e células sangüíneas vêm do mesoderma embrionário. Essa pluripotencialidade das células-tronco adultas elimina não só as questões ético-religiosas, envolvidas no emprego das células-tronco embrionárias, mas também os problemas de rejeição imunológica, já que células-tronco do próprio paciente adulto podem ser usadas para regenerar seus tecidos ou órgãos lesados. Infelizmente, a pluripotencialidade das células-tronco adultas tem sido contestada por estudos desenvolvidos em diversos laboratórios, tornando ainda mais necessário que os cientistas possam investigar o uso de células-tronco embrionárias humanas nas terapias celulares, comparando-as com as células-tronco adultas.
Gostaria de enfatizar que as células-tronco autólogas (do próprio indivíduo) de qualquer fonte não curam as doenças, pois não corrigem as causas da doença seja ela infecciosa, ambiental ou genética. Elas permitem que se regenere os órgãos afetados, mas se a causa da doença não for removida, o órgão será novamente lesado. Sendo assim, é importante que se possa conjugar as terapias celulares com a gênica, por exemplo, na cura de doenças de origem genética. Isto requer a manipulação genética das células-tronco do indivíduo para corrigir o defeito genético antes de injetá-las no paciente. Se a doença for de causa infecciosa ou ambiental é preciso que além da terapia celular se remova o agente infeccioso ou ambiental causador da doença.
Existe a possibilidade da utilização de células-tronco heterólogas (de indivíduos diferentes do receptor) mas ainda há muita discussão a respeito de problemas de rejeição imunológica com estas células. Aqui novamente há ainda necessidade de muita pesquisa.
APLICAÇÕES EM CARDIOLOGIA
Em cardiologia as CTH autólogas (coletadas da medula óssea do próprio paciente) são ainda as células de escolha para uso em procedimentos que visam a regenerar o músculo cardíaco afetado por infarto. Insuficiências cardíacas causadas por perda ou disfunção de células musculares no coração atingem cerca de 4.8 milhões de pessoas nos EUA, com cerca de 400.000 novos casos por ano, e uma taxa de mortalidade superior a 50% dentro dos cinco primeiros anos após o diagnóstico inicial (NIH report, 2001).
O emprego de CT pode atenuar danos causados ao coração em decorrência de hipertensão, insuficiência crônica, doença da artéria coronária ou ataque cardíaco, contribuindo para uma redução da taxa de morbidade. Estudos pré-clínicos com modelos animais de infarto agudo do miocárdio constataram a regeneração de músculo e a formação de neo-vasos em área infartada, após transplantes de CT alogênicos. Em seres humanos, esses resultados foram confirmados em estudos de fase I com CTH multipotentes da medula óssea e mioblastos esqueléticos, abrindo a possibilidade do uso de células autólogas nesses procedimentos.
Presentemente, investiga-se com qual população, ou populações de CT adultas, se obtêm os melhores resultados em termos de reparo muscular e revascularização, havendo grande interesse nos progenitores endoteliais (angioblastos) e nas células mesenquimais da medula óssea. Nessa linha, o IEP Albert Einstein e o Depto. de Cardiologia do Hospital Albert Einstein desenvolvem um projeto para o uso de CT autólogas no tratamento de voluntários com cardiomiopatia isquêmica, com os primeiros transplantes previstos para o final de 2004.
APLICAÇÕES EM NEUROLOGIA
Entre as primeiras aplicações da terapia celular em neurologia está o tratamento da esclerose múltipla, uma doença inflamatória crônica do sistema nervoso central, de natureza autoimune, com déficit neurológico progressivo. O tratamento convencional emprega drogas imunossupressoras, mas há casos refratários onde à terapia celular com CTH aparece como alternativa. O procedimento consiste em intensa imunossupressão por quimioterapia e /ou radioterapia, seguida da reconstituição do sistema imune com CTH autólogas ou alogênicas. Ou seja, procura-se eliminar as células do sistema imune do paciente que estão agredindo seu sistema nervoso e substituí-las por novas células derivadas das CTH. No hospital Albert Einstein está em execução um estudo piloto onde as CTH do paciente com esclerose múltipla refratária são mobilizadas para a circulação periférica com o uso de determinadas drogas, coletadas e congeladas. A seguir o paciente submete-se à imunossupressão com quimioterapia e, depois, à reconstituição hematopoiética, feita com suas próprias CTH que haviam sido congeladas. Protocolos de pesquisa desse tipo estão em execução em diversas instituições no mundo com resultados satisfatórios: cerca de 70% dos pacientes apresentam melhora ou estabilização do quadro.
O próximo desafio nessa área são as doenças cérebro-vasculares. O interesse mais imediato é o emprego de CT na redução de morbidade após o acidente vascular cerebral isquêmico (AVCI), uma doença com altas taxas de mortalidade e morbidade no Brasil. Em ratos já está demonstrado que a infusão endovenosa de células estromais da medula óssea induz angiogênese na zona peri-isquêmica pós AVCI. Mais ainda, em camundongos foi verificado o aparecimento de células endotelias e de células expressando o marcador neuronal Neu-N após transferência de células de medula óssea em animais submetidos à isquemia cerebral experimental. Essa plasticidade, com o aparecimento conjunto de precursores neuronais e endoteliais na área isquêmica, abre grandes esperanças para o uso de CT em terapias celulares neuro-restaurativas. Esse mesmo caminho deverá ser trilhado para o uso de CT autólogas na redução de morbidade em casos de lesão da medula espinhal. Todas essas pesquisas envolvem, preliminarmente, a identificação in vitro dos fatores de diferenciação e de direcionamento das CT ao tecido alvo do tratamento.
PERSPECTIVAS FUTURAS
O potencial terapêutico das CT vem se afirmando como altamente promissor. A caracterização cada vez mais detalhada de novos tipos de CT em tecidos maduros e a exploração de fontes alternativas de CT, como o sangue de cordão umbilical, é uma linha de pesquisa relevante no rumo da medicina regenerativa. Mas não é o único caminho a ser trilhado nesse rumo. De grande interesse é também o estudo das CTE. O uso de CTE está na agenda dos governos em muitos países, com fortes pressões a favor e contra o uso de blastocistos humanos oriundos de fertilização in vitro como fonte dessas células (12). Muitos países, como os EUA, liberaram os estudos com as linhagens de CTE já existentes (cerca de 78), mas proibiram temporariamente a obtenção de novas linhagens. Outros, como o Reino Unido e Israel, têm postura liberal quanto ao uso experimental de embriões. No Brasil, no momento em que este artigo é escrito, a situação ainda está indefinida. É absolutamente certo que a pesquisa com CTE pode abreviar o tempo necessário para se dominar os caminhos que levam as CT a se transformar em células do sangue, dos músculos ou do sistema nervoso. Existe a possibilidade de que, para algumas aplicações terapêuticas, essas células venham a se mostrar imprescindíveis. A comunidade científica não pode arbitrar esse debate, onde se joga uma parte do futuro de toda a humanidade, mas deve dele participar ativamente porque a difusão do conhecimento é indissociável da atividade de pesquisa.
CÂNCER: "DESDIFERENCIAÇÃO" OU DOENÇA DA CÉLULA-TRONCO?
Classicamente, aprendemos que um câncer é uma célula imortal, ou que é uma célula que apresenta características embrionárias pois, como muitos tecidos embrionários, é uma célula que não apresenta um estado de diferenciação claro e, ao mesmo tempo, apresenta uma notória capacidade de proliferação. Esse conceito evoluiu para "o câncer é uma célula incapaz de diferenciar-se" refletindo o antigo conceito de células com características embrionárias no indivíduo adulto.
Atualmente, o conceito de um câncer como uma doença de células que não se diferenciaram ou que perderam seus mecanismos de controle de proliferação evoluiu para "o câncer é uma doença da célula-tronco".
Inicialmente, aprendemos que um câncer tem uma capacidade de proliferação ilimitada. Contudo, o que parece é que um tumor, seja um tumor sólido, seja uma leucemia (câncer das células do sangue), se comporta como uma unidade tecidual, com uma dinâmica de renovação que envolve proliferação e morte de uma população celular heterogênea. Esta heterogeneidade aparece principalmente em relação ao potencial proliferativo dessa população.
LEUCEMIAS: UM MODELO ENRIQUECEDOR
Se pensarmos numa leucemia da maneira clássica descrita no item anterior, na qual todas as células são capazes de proliferação ilimitada, qualquer célula purificada de uma população de células leucêmicas seria capaz de proliferar indefinidamente tanto in vitro quanto in vivo. A partir da década de 60, pesquisadores como Bruce e Gaag, Wodinsky, entre outros, e posteriormente Park e seus colaboradores no início dos anos 70, apresentaram as primeiras evidências de que isso não era verdade. Esses últimos evidenciaram que apenas 1 a 4% de células leucêmicas de camundongos eram capazes de formar colônias quando transferidas para outro animal geneticamente idêntico.
A origem da célula tronco leucêmica (CTL)
Uma determinada leucemia pode ser vista como um tecido hematopoiético anormal iniciada por CTLs que sofrem uma desenvolvimento aberrante e pouco controlado. As CTLs podem ser CTHs que se tornaram leucêmicas como resultado de alterações acumuladas (1) ou progenitores mais comprometidos que readquiriram capacidade de autorenovação da célula tronco (2).
Mais recentemente, isso foi demonstrado para leucemias humanas, por Blair e colaboradores e Bonnet e Dick. Utilizando camundongos imunodeficientes (animais desprovidos de sistema imune e portanto incapazes de rejeitar quaisquer células), mostraram que apenas uma fração de células leucêmicas de leucemia mielóide aguda (LMA) era capaz de gerar doença (por exemplo, proliferar). Essa população correspondia à fração com características de células-tronco, similares às células-tronco hematopoiéticas. Mais do que isso, mostraram que as outras populações, que não apresentam as características da célula-tronco, não eram capazes de gerar a doença e que a freqüência das células capazes de gerar doença era extremamente baixa, variando de 0,2 a 1% da população total de células doentes.
Muitas leucemias, e alguns tumores sólidos também, apresentam anormalidades genéticas que, por sua vez, caracterizam a patologia ou, por outras vezes, correlacionam com o prognóstico da doença. De qualquer forma, tais anormalidades nos gens, que envolvem deleções ou translocações de cromossomos ou suas partes servem para identificar essas células tumorais e talvez sua origem. Ainda na leucemia mielóide aguda (LMA), a anormalidade cromossômica mais comum é a translocação de parte do cromossomo 8 que se justapõe ao cromossomo 21, identificado como um transcrito quimérico chamado AML1-ETO. Em pacientes em remissão da LMA, o transcrito AML1-ETO, pode ser encontrado nas células-tronco hematopoéticas normais, e as mesmas células quando isoladas são capazes de gerar células sanguíneas normais, assim como não foram capazes de gerar leucemia. O que indica que a translocação ocorreu nas células-tronco, mas alguma ou algumas alterações a posteriori foram necessárias para a transformação maligna. Isto é verdade em outros tipos de leucemias, como na leucemia mielóide crônica, onde um produto de translocação gênica (específico dessa leucemia) aparece não só nas células leucêmicas, mas também em células hematopoiéticas normais e também em outros tipos celulares como no endotélio. Este último tem a mesma origem embriológica que as células do sangue, indicando que a translocação ocorreu numa célula tronco embrionária, que originou tanto o tecido hematopoiético que se malignizou quanto os vasos sanguíneos, que são normais.
A manutenção de um tecido tumoral baseado em uma célula tronco tumoral leva a complicações biológicas no curso da doença. A maioria dos métodos de tratamento quimioterápicos têm como alvo células em proliferação (células vermelhas). As células tronco (células azuis) são pouco freqüentes e quiescentes portanto resistentes a esses tratamentos. A longo prazo elas voltam a compor um novo tecido tumoral (1). Baseados nos estudos da biologia da célula tronco, a diferenciação das células tronco tumoral, a tornaria sensível à quimioterapia (2). O mesmo aconteceria ao estimular a proliferação da célula tronco tumoral (células verdes - 3).
Acredita-se que a transformação maligna se dá pelo acúmulo de mutações, que podem ser acompanhadas ou não de aberrações cariotípicas (anomalias genéticas citadas acima). A probabilidade das alterações ocorrerem se relaciona ao potencial proliferativo da população em questão. Por isso, essa transformação maligna pode não ocorrer na célula-tronco, que é uma célula com freqüência quiescente, mas pode ocorrer em seus progenitores, que são células que passam por vários ciclos de divisão para expansão da população periférica. De fato, podemos até propor que a baixa freqüência das células tronco adultas somado a sua quiescência a protegem de mecanismos de transformação maligna.
CÂNCER DE MAMA
Assim como o tecido hematopoiético, o tecido mamário possui células-tronco capazes de gerar diversos tipos celulares.
Se nos lembrarmos da função da mama, que é a produção de leite durante o período de gestação e lactação, podemos dizer que a mama por excelência é um tecido displásico. Responde à gestação com hipertrofia, proliferação e especialização de células epiteliais que produzem leite, regredindo após a lactação. O tecido mamário é notoriamente formado pelo desenvolvimento de ramificações, botões mioepiteliais que adentram o tecido adiposo subjacente quando em desenvolvimento. Ao final das terminações existe um sítio com células tidas como células-tronco da mama: as mesmas geram células progenitoras, que dão origem a uma camada externa, mioepitelial, e outra população que forma uma camada interna, que se diferenciam para formar a luz do tubo em desenvolvimento.
Analogamente às leucemias, o câncer de mama parece depender de uma célula-tronco para se manter, porém um modelo baseado em células-tronco para câncer de mama surgiu apenas no ano passado .
De maneira similar ao realizado com as leucemias do sistema hematopoiético, Al-Hajj e colaboradores separaram diversas subpopulações de células de câncer de mama em função da presença de marcadores moleculares específicos e injetaram em camundongos imuno-incompetentes. Das várias subpopulações, apenas uma foi capaz de gerar tumores nesses camundongos, com toda a heterogeneidade celular presente na população original. Esses dados mostram que também, neste caso, há uma célula-tronco cancerosa, e que apenas esta é tumorigênica.
IMPLICAÇÕES
A pesquisa e caracterização de células-tronco tumorais é crucial no entendimento do câncer enquanto doença. Muitas das informações que obtemos e derivamos para o diagnóstico, prognóstico e tratamento dessa patologia deriva de populações heterogêneas, com diferentes graus de maturação. Cada vez mais temos a noção de que o câncer é um tecido ou uma unidade tecidual, que se desenvolve com suas próprias células-tronco, assumindo um crescimento que não corresponde ao padrão do organismo. Neste momento, cada vez mais se torna urgente à caracterização das células-tronco tumorais para otimização das metodologias de diagnóstico e avaliação de prognóstico. Um melhor ou pior prognóstico está relacionado à freqüência de células-tronco em um tumor. A conseqüência direta é a necessidade do desenvolvimento de estratégias terapêuticas que consigam atuar sobre as células-tronco, e não apenas sobre as células com alto potencial proliferativo, porém com baixa capacidade de autorenovação. Essas estratégias deverão considerar a especificidade dos marcadores das células-tronco, sua baixa freqüência e baixa taxa de proliferação que a torna resistente aos quimioterápicos ciclo-dependentes. Quem sabe, num futuro próximo, novas formas de regular o crescimento e manutenção da célula-tronco, estarão disponíveis para o tratamento das doenças malignas.
DOENÇAS AUTO-IMUNES
As células-tronco parecem ser um campo promissor também no tratamento de doenças auto-imunes, tais como a artrite reumatóide, o lúpus eritematoso sistêmico e a nefrite lúpica. Algumas experiências já foram realizadas pela equipe de Júlio C. Voltarelli, do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, da USP (HCFMRP-USP). Esses estudos empregam células-tronco medulares do próprio paciente, das quais são separadas as subpopulações não auto-imunes, que são reintroduzidas nos pacientes, depois de passarem por tratamento com quimioterápicos. A quimioterapia destrói as células defeituosas do sistema imune. Voltarelli e sua equipe já realizaram o transplante em 20 pacientes portadores de diferentes doenças auto-imunes, obtendo resultados animadores. Os projetos de pesquisa encontram-se agora na fase que envolve a realização dos transplantes em um número maior de pacientes, em diferentes centros, a fim de comparar os resultados obtidos com a terapia convencional e a que se utiliza das células-tronco. O próximo passo, se for comprovada a superioridade do tratamento com células-tronco, será o de torná-lo disponível em hospitais públicos e privados.
Entre as doenças auto-imunes nas quais o tratamento com células-tronco está sendo testado, encontra-se também o diabetes melito. Pesquisadores do Núcleo de Terapia Celular Molecular (Nucel), do Instituto de Química da USP, obtiveram resultados positivos na diminuição dos efeitos do diabetes, através de transplantes de ilhotas pancreáticas. Já os pesquisadores do hospital da USP de Ribeirão Preto, tentam obter resultados semelhantes utilizando uma técnica diferente. A técnica aplicada em Ribeirão Preto envolve a retirada das células-tronco do paciente, que é então submetido à quimioterapia e à ação de imunossupressores, para então reintroduzirem-se as células-tronco no próprio paciente, evitando, assim, que as células alteradas do sistema imunológico destruam as células produtoras de insulina do pâncreas.
O BRASIL
O Brasil realizou no dia 08/10/2004 numa menina de 9 anos portadora de leucemia linfóide aguda o primeiro transplante de medula óssea com cordão umbilical coletado, congelado e disponibilizado no país. A informação foi divulgada por autoridades médicas em Jaú, no interior paulista, onde o procedimento foi realizado. O Ministério da Saúde anunciou a implantação no país da rede BrasilCord, um banco de sangue público de cordões umbilicais.
No Brasil os tratamentos com células-tronco são feitos apenas em grandes centros de pesquisa, como os grandes hospitais e somente para pacientes que assinam um termo de consentimento e concordam em participar desses estudos clínicos.
Recentemente, o Ministério da Saúde aprovou um orçamento de R$ 13 milhões em três anos para a pesquisa das células-tronco da qual participam alguns grandes hospitais brasileiros como o Instituto do Coração - SP, Instituto Nacional de Cardiologia de Laranjeiras - RJ, entre outros. Serão estudadas as cardiopatias chagásicas (decorrente da doença da Chagas), o infarto agudo do miocárdio, a cardiomiopatia dilatada e a doença isquêmica crônica do coração.
Como a terapia utiliza células-tronco autólogas, o estudo não sofre influência da Lei de Biossegurança. Além dessa grande pesquisa, o Brasil está investindo em terapia com células-tronco voltada a outras doenças, como é o caso da distrofia muscular, esclerose múltipla, câncer, traumatismo de medula espinhal, diabetes etc.
Em março de 2005, a Câmara dos Deputados aprovou — com 352 votos a favor, 60 contra e uma abstenção — o projeto que regulamenta a produção e comercialização de organismos geneticamente modificados, os transgênicos, e a pesquisa com células-tronco embrionárias para fins terapêuticos.
A Câmara dos Deputados passou a autorizar a retirada de células-tronco de embriões congelados, obtidos por fertilização in vitro, que foram armazenados há cerca de três anos, com o consentimento dos pais, para serem utilizados em pesquisas. Após quatro anos de armazenamento, esses embriões são descartados.
Os laboratórios que vão desenvolver essas pesquisas terão de obedecer às leis de biossegurança e serão fiscalizados por órgãos governamentais.
No Brasil, a Lei nº. 8.974, de 1995, veda a "manipulação genética de células germinais humanas" e trata essa prática como crime, fixando pena de detenção de 3 meses a um ano. A instrução normativa nº. 8, de 1997, da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CNTBio), reforça a proibição de experimentos de clonagem. Para fins terapêuticos é permitida a pesquisa com células- tronco, desde que não sejam embrionárias humanas.
A Lei de Biossegurança, aprovada pela Câmara dos Deputados no início de fevereiro de 2004, proíbe "a produção de embriões humanos destinados a servir como material biológico disponível". Por outro lado, permite a "clonagem terapêutica com células pluripotentes", o que é uma grande contradição já que a clonagem terapêutica, como já vimos, necessariamente envolve "a produção de embriões humanos destinados a servir como material biológico disponível".
Confusões conceituais à parte, é uma lástima que o país ceda às pressões de grupos religiosos e proíba de forma radical a pesquisa com embriões humanos. Concordo que este seja um material biológico precioso, mas a proibição total representa um atraso para o desenvolvimento da ciência no país. Poderíamos criar mecanismos de vigilância e legislações que permitissem esse tipo de pesquisa por grupos qualificados, credenciados de acordo com sua capacidade demonstrada na área - isso foi feito com muito sucesso em relação ao acesso a materiais radioativos, por exemplo. O Brasil perde uma grande oportunidade de ter uma vantagem competitiva na promissora área de pesquisa com CTs embrionárias. A permissão controlada nos tornaria líderes nesse tipo de pesquisa na América Latina, atraindo pesquisadores de outros países que nos ajudariam na formação de novos pesquisadores nessa área. Depois de tantos anos de investimento em pesquisa, temos os cérebros, temos a infra-estrutura - agora nos falta a lei.
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