Pesquisa

Em uma descoberta casual, os cientistas do The Scripps Research Institute (TSRI) descobriram uma maneira de transformar células-tronco da medula óssea diretamente em células cerebrais.

As técnicas atuais para transformar as células da medula de pacientes em células de qualquer outro tipo desejado é relativamente complicado, arriscado e efetivamente confinado ao material de laboratório. As novas descobertas apontam para a possibilidade de técnicas mais simples e seguras. Acredita-se que as terapias celulares derivadas das próprias células do paciente deverão ser amplamente úteis no tratamento de lesões da medula espinal, acidentes vasculares cerebrais e de outras condições em todo o corpo, com pouco ou nenhum risco de rejeição imunológica.

"Estes resultados destacam o potencial dos anticorpos como manipuladores versáteis das funções celulares", disse Richard A. Lerner, professor de Imuno-histoquímica do Lita Annenberg Hazen e professor instituto do Departamento de Biologia Celular e Molecular em TSRI, e principal investigador deste novo estudo . "Isso está muito longe da forma como se pensa que os anticorpos agem, como moléculas que são selecionadas apenas para a ligar-se e não para funcionar."

Os pesquisadores descobriram o método, publicado na edição online adiantada da Proceedings of the National Academy of Sciences na semana de 22 de abril de 2013, enquanto se procura anticorpos cultivados em laboratório que possam ativar um receptor estimulador do crescimento de células da medula. Um anticorpo se transforma para ativar o receptor, de uma maneira que induz as células tronco da medula, que normalmente se desenvolvem em células brancas do sangue, a se tornarem células progenitoras neurais, um tipo de células cerebrais quase madura.

Uma ferramenta da Natureza

Os anticorpos naturais são proteínas grandes, em forma de Y, produzidos por células do sistema imunológico. Coletivamente, eles são diferentes o suficiente para reconhecer cerca de 100 bilhões de formas distintas de vírus, bactérias e outros alvos. Desde os anos de 1980, os biólogos moleculares souberam produzir anticorpos em laboratório, a partir de culturas celulares. Isso lhes permitiu começar a utilizar este vasto conjunto de ferramentas alvo, emocionante, para fazer sondas científicas, assim como diagnósticos e terapias para o câncer, artrite, rejeição de transplante, infecções virais e outras doenças.

Na década de 1980, Lerner e seus colegas da TSRI ajudaram a inventar as primeiras técnicas para a geração das grandes "bibliotecas" de distintos anticorpos e rapidamente determinar qual deles poderia se ligar a um alvo desejado. O anticorpo anti-inflamatório Humira®, hoje um dos medicamentos mais vendidos do mundo, foi descoberto com o benefício desta tecnologia.

No ano passado, em um estudo liderado pelo TSRI Research Associate Hongkai Zhang, o laboratório de Lerner desenvolveu uma nova técnica para descoberta de anticorpos, em que estes são produzidos em células de mamíferos, juntamente com os receptores ou outras moléculas-alvo de interesse. A técnica permite aos investigadores determinar rapidamente que não apenas qual anticorpo na biblioteca se ligam a um dado receptor, por exemplo, mas também aqueles que ativam o receptor e, consequentemente, alteram a função das células.

Material de Laboratório na célula

Para o novo estudo, o Research Associate, do laboratório Lerner, Jia Xie e seus colegas modificaram a nova técnica de modo que anticorpos proteicos produzidos em uma determinada célula sejam fisicamente ancorados na membrana externa da célula, perto de seus receptores-alvo. "Limitando a atividade de um anticorpo para a célula na qual ele foi produzido, de forma eficaz, permite a utilização de bibliotecas de anticorpos de maior dimensão e o rastreamento destes anticorpos mais rapidamente para uma atividade específica", disse Xie. Com a técnica melhorada, os cientistas podem selecionar uma biblioteca de dezenas de milhões de anticorpos em poucos dias.

Num teste inicial, Xie utilizou o novo método para a triagem de anticorpos que poderiam ativar o receptor de GCSF, um receptor de fator de crescimento encontrado em células da medula óssea e em outros tipos celulares. As drogas que mimetizam o GCSF estavam entre os primeiros bestsellers biotecnológicos por causa da sua capacidade para estimular o crescimento de células brancas do sangue, o que contraria o efeito colateral de supressão da medula da quimioterapia para o câncer.

A equipe logo isolou um tipo de anticorpo ou "clone" que poderia ativar o receptor GCSF e estimular o crescimento de células teste. Os investigadores testaram, então, uma versão não ancorada, solúvel, deste anticorpo em culturas de células-tronco da medula óssea de voluntários humanos. Considerando que a proteína GCSF, tal como esperado, estimulava estas células tronco a proliferar e iniciar a maturação das células brancas do sangue de adultos, o anticorpo que mimetiza o GCSF apresentava um efeito marcadamente diferente.

"As células proliferaram, mas também começaram a tornarem-se longas e finas e anexaram-se à parte inferior da placa," lembrou Xie.

Para Lerner, estas células eram remanescente das células progenitoras neurais, o que outros testes para marcadores celulares neurais confirmaram.

A Nova Direção

Alterar as células da linhagem de medula para células de linhagem neural, um interruptor direto de identidade chamado de "transdiferenciação", apenas pela ativação de um único receptor é uma conquista notável. Os cientistas têm os métodos para transformar células-tronco da medula em outros tipos de células adultas, mas estes métodos requerem tipicamente uma reprogramação celular radical e arriscada das células da medula levando-as a um estado de células tronco semelhantes às embrionárias, seguida por uma série complexa de toques moleculares para um determinado destino da célula adulta. Relativamente poucos laboratórios têm relatado técnicas de transdiferenciação direta.

"Até onde eu sei, ninguém jamais alcançou uma transdiferenciação utilizando uma única proteína, a proteína que, potencialmente, poderia ser usada como terapêutica", disse Lerner.

Métodos de terapia celular atuais, tipicamente, assumem que as células de um paciente pode ser coletada, e, em seguida, reprogramada e multiplicadas em laboratório, antes de ser reintroduzidas no paciente. Em princípio, de acordo com Lerner, um anticorpo tal como descobriram poderia ser injetado diretamente na corrente sanguínea de um paciente doente. A partir da corrente sanguínea, ele iria encontrar o seu caminho para a medula, e, por exemplo, converter algumas células tronco da medula em células progenitoras neurais. "Essas progenitoras neurais que se infiltram no cérebro, encontram áreas de danos e ajudam a consertá-las", disse ele.

Embora os pesquisadores ainda não saibam ao certo porque o novo anticorpo tem um efeito tão estranho no receptor GCSF, eles suspeitam que ele se liga ao receptor por mais tempo do que a proteína GCSF natural pode conseguir, e essa interação mais prolongada altera o padrão de sinalização do receptor. Pesquisadores relacionados ao desenvolvimento de drogas estão, cada vez mais, reconhecendo que leves diferenças, na maneira como um receptor de superfície celular está ligado e ativado, podem resultar em efeitos biológicos muito diferentes. Isso aumenta a complexidade de sua tarefa, mas, em princípio, expande o âmbito do que eles podem alcançar. "Se você pode usar o mesmo receptor de maneiras diferentes, então o potencial do genoma é maior", disse Lerner.