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CÉLULAS – TRONCO HEMATOPOÉTICAS

CÉLULAS – TRONCO HEMATOPOÉTICAS

                As células que compõem o sangue, ou células hematopoéticas, exibem características diferentes das de outros órgãos vitais, tais como tempo de vida relativamente curto, multiplicidades de tipos celulares e grande dispersão no organismo. Em um indivíduo normal, os níveis das células maduras no sangue são mantidos dentro de limites estreitos e, em respostas a emergências, como perda sanguínea ou infecções, os tecidos hematopoéticos são capazes de responder rapidamente, aumentando a produção celular. Em adultos, são produzidos bilhões de novas células sanguíneas diariamente. Essas considerações indicam que a regulamentação da hematopoese requer a existência de um sistema de controle extremamente complexos.

                O conceito de célula-tronco originou-se dos estudos de Till e McCulloch em 1961, que mostraram a reconstituição do sistema hematopoético de camundongos letalmente irradiados após transplante de células da medula óssea de camundongos singênicos normais. Estes resultados indicaram a presença, na medula óssea, de células capazes de originar todos os tipos de células sanguíneas. A partir destes estudos, foram descritas para as CTHs as duas características que até hoje definem as células-tronco órgão-específicas encontradas em organismos adultos: a) a capacidade de auto-renovação, que permite que o compartimento de células-tronco seja mantido ao longo do tempo; e b) a capacidade de originar células maduras, diferenciadas em uma ou mais linhagens. Essas são as propriedades básicas comuns compartilhadas pelas células-tronco, em todas as espécies, tecidos ou estágios de desenvolvimento.

                A multipotência é observada in vivo pela regeneração hematopoética de animais irradiados letalmente, a partir de células transplantadas, e a capacidade de auto-renovação é demostrada por transferência sequencial para receptores secundários.

IDENTIFICAÇÃO E ISOLAMENTO DAS CÉLULAS-TRONCO HEMATOPOÉTICAS

                Assim como acontece com a grande maioria das outras células-tronco em adultos, a CTH só pode ser identificada após isolamento do organismo e ensaios in vitro. Embora o conhecimento da biologia das células-tronco seja ainda parcial, já que elas são identificadas mais por aspectos funcionais do que morfológicos, algumas características são de consenso geral como, por exemplo, sua heterogeneidade com relação a tamanho, densidade e perfil antigênico.

CÉLULAS-TRONCO: O QUE SÃO?

                Células-tronco são células primordiais que apresentam grande potencial de auto-renovação e de diferenciação em, pelo menos, um tipo celular especializado e funcional. Para definir uma célula-tronco, cientistas têm considerado quatro critérios básicos. Primeiro, células-tronco devem ser capazes de se auto-multiplicar por meio de divisões celulares subsequentes, um pré-requisito para sustentar uma determinada população celular. Segundo, as células-filhas derivadas de uma única célula-tronco devem se diferenciar em mais de um tipo celular. Os exemplos incluem as células-tronco hematopoéticas. (HSC, hematopoietic stem cells) que originam todas a células sanguíneas circulantes, as células-tronco neuronais (NSC, neuronal stem cell) que dão origem a os neurônios, astrócitos e oligodendrócitos, e as células-tronco mesenquimais (MSC, mesenchymal stem cell) que podem diferenciar-se em fibroblastos, osteoblastos, condroblastos e adipócitos. Entretanto, alguns tipos de células-tronco adultas podem originar apenas um tipo celular maduro, como as células-tronco da córnea. O terceiro critério é que uma célula-tronco seja capaz de repopular funcionalmente o tecido da qual se originou quando transplantada num receptor com alguma lesão, o que tem sido mostrado com as células-tronco hematopoéticas e, mais recentemente, com os progenitores hepáticos e neuronais. Finalmente, um critério ainda mal estabelecido é que células-tronco devem contribuir para a diferenciação da progênie in vivo mesmo na ausência de lesão tecidual. Esses critérios são amplamente preenchidos para as células embrionárias, que podem ser expandidas e mantidas em estado indiferenciado indefinidamente e que têm o potencial de dar origem a todos os tipos celulares. Também, a geração de animais quiméricos, nos quais células-tronco compensaram defeitos genéticos letais no blastocisto receptor, e a criação de camundongos viáveis a partir de blastocistos tetraplóides têm mostrado que as células embrionários podem se diferenciar funcionalmente em tipos celulares de todos os tecidos.

                Para células-tronco adultas, esses critérios têm sido mais extensivamente usados para as hematopoéticas (HSC). Assim, uma única célula-tronco hematopoética pode proliferar por divisões celulares assimétricas originando todos os elementos sanguíneos circulantes, reconstituindo o sistema hematopoético quando transplantadas em receptores irradiados, além de se incluir num dado tecido e se diferenciar, mesmo se o receptor não for irradiado. Em camundongos, HSC têm sido purificadas em populações homogêneas com base na presença de marcadores de superfície característicos.

PLASTICIDADE DAS CÉLULAS-TRONCO

                Nos últimos cinco anos, têm sido publicados inúmeros artigos sugerindo que o dogma da especificidade tecidual associado às células-tronco possa não estar correto. A capacidade de diferenciação de células-tronco específicas de um tecido em tipos celulares do tecido de origem tem sido denominada plasticidade da célula-tronco adulta. Isto é, células-tronco adultas teriam a capacidade de transdiferenciar. Esses relatos geraram grande excitação na comunidade científica. Entretanto, têm sido encarados com significante ceticismo por alguns pesquisadores, que não conseguiram reproduzir os resultados originais. Além disso, os resultados publicados mais otimistas têm mostrado uma baixa proporção de diferenciação das células-tronco em células tecido-específicas.

                Na realidade, não existe um consenso sobre a plasticidade da célula-tronco adulta. Uma definição possível é que células-tronco adultas específicas de um tecido, por exemplo, as HSC (hematopoietic stem cell), comprometidas com a geração de uma linhagem celular, poderiam, em certas condições, num contexto de microambiente, adquirir a habilidade de se diferenciar em células de um tecido diferente. Essa definição sugere que diferentes linhagens celulares possam ser derivadas de uma única célula inicial, que todos os tipos celulares diferenciados sejam funcionais in vitro e in vivo e que a inclusão das células num determinado tecido seja persistente.

                Os estudos para investigar a plasticidade das células-tronco, em sua maioria, têm sido realizados em modelos animais de roedores e são baseados no transplante de células entre animais de sexo diferente, ou usando-se células transduzidas com a proteína verde fluorescente (GFP) ou betagalactosidade. A detecção das células doadoras, desse modo, é baseada na presença do cromossomo Y (quando o animal receptor é do sexo feminino e o doador de sexo masculino) ou dos marcadores proteicos descritos.

                Diversos mecanismos têm sido propostos para explicar a aparente plasticidade das células-tronco adultas, tais como a presença de células-tronco específicas de cada tecido em diferentes órgãos, a ocorrência de fusão de uma célula doadora com uma célula já residente num determinado órgão, a desdiferenciação e a rediferenciação, ou, ainda, a persistência de células pluri e multipotentes na vida pós-natal, que poderiam se diferenciar quando necessário. Nesse sentido, pesquisas que levem a caracterização e ao esclarecimento do potencial de diferenciação das diferentes subpopulações de células-tronco adultas serão fundamentais para responder a essas questões.

TERAPIAS COM CÉLULAS-TRONCO

                O potencial de auto-renovação e a capacidade de originar linhagens celulares com diferentes funções impulsionaram pesquisas sobre as aplicações terapêuticas das células-tronco tanto para as doenças genéticas quanto para condições adquiridas, como doenças cardiovasculares e neurodegenerativas, traumas da medula espinhal e lesões acidentais.

                As células-tronco hematopoéticas têm sido usadas por várias décadas para o tratamento de pacientes com doenças sanguíneas ou, submetidos à quimioterapia ou a terapia com radiação. Atualmente, células-tronco derivadas do sangue de cordão umbilical têm sido largamente utilizadas, com bons resultados, como alternativa ao transplante de medula óssea no tratamento de leucemia aguda e mielóide crônica. Dentre as vantagens de se usar as células do cordão umbilical, destaca-se o fato de serem menos imunorreativas do que as da medula óssea, permitindo seu uso em transplantes entre não aparentados idênticos ou parcialmente idênticos, com menos complicações.

                As células adultas já têm sido usadas em tentativas terapêuticas envolvendo transplantes autólogos no caso de doenças adquiridas e lesões teciduais. Entretanto, essas células são ineficazes em autotransplantes para o tratamento de doenças gené ticas. Nesses casos, a terapia halogênica é requerida. No que diz respeito à terapia com células embrionárias, diferentes estratégicas deverão ser desenvolvidas antes de sua utilização terapêutica.

CÉLULAS - TRONCO MESENQUIMAIS

A medula óssea contém, além das células-tronco hematopoéticas  e das células-tronco endoteliais, uma população rara de células-tronco multipotenciais capaz de suportar a hematopoese e de se diferenciar em diversas linhagens celulares, , como os condrócitos, os osteócitos, os adipócitos e os tenócitos. Estas células foram originalmente identificadas a partir das células mononucleares da medula óssea de camundongos por Alexander Friedenstein e cols., em 1966, que as denominaram células formadoras de colônias fibroblásticas (cfu-f = colony forming units – fibroblastic). Mais recentemente estas células têm sido denominadas células-tronco mesenquimais (CTM).

                As CTM constituem uma pequena população celular da medula óssea, correspondendo a cerca de 0,001% a 0,01% de todas as células nucleadas medulares. Entretanto, podem ser isoladas e expandidas com alta eficiência e induzidas a se diferenciarem em múltiplas linhagens em condições de cultura definidas. O interesse neste tipo celular cresceu exponencialmente nos últimos anos devido ao seu grande potencial de uso na regeneração de tecidos e órgãos lesados, como demonstrado em inúmeros estudos pré-clínicos e clínicos.

CARACTERIZAÇÃO E ISOLAMENTO DAS CÉLULAS-TRONCO MESENQUIMAIS DO ADULTO

                A descoberta de que a medula óssea contém uma população de células-tronco distinta das células-tronco hematopoéticas, capaz de originar  células do tecido conjuntivo como adipócitos, osteoblastos, condrócitos e células do estroma medular, foi o resultado de numerosas pesquisas realizadas nos últimos quarenta anos. Em 1963, Petrakova e cols. demonstraram que fragmentos de medula óssea transplantados sob a cápsula renal de camundongos formavam tecido ósseo que posteriormente era invadido por tecido hematopoético.  Quando células da medula óssea eram cultivadas em câmaras de difusão (pequenas câmaras isoladas por membranas semipermeáveis) também ocorria a formação de osso que, no entanto, não era colonizado por células hematopoéticas. Friedenstein e cols. demonstraram a distinção entre as células progenitoras hematopoéticas e osteogênicas com base em vários experimentos. Em primeiro lugar, transplantaram células da medula óssea de camundongos parentais sob a cápsula renal de camundongos híbridos F1 que eram, portanto, semi-singênicos com os doadores. A análise cariotípica das células do tecido ósseo formado mostrou que as células eram derivadas dos camundongos parentais, ao passo que as células hematopoéticas que colonizaram o osso eram de origem do camundongo receptor F1.

USO DE CÉLULAS – TRONCO EM CARDIOLOGIA

                A despeito do grande conhecimento acumulado sobre fatores de risco cardiovascular e enormes avanços no tratamento clínico, percutâneo e cirúrgico, as doenças cardiovasculares (DCV) ainda lideram as estatísticas como principal causa de óbito em todo o mundo. Dentre as causas cardiovasculares, o infarto agudo do miocárdio (IAM) é a mais importante na maioria dos países desenvolvidos. À medida que um maior número de pacientes sobrevive ao IAM, muitos progridem para falência ventricular esquerda. No Brasil, somando-se o grande número de pacientes portadores de miocardiopatia chagásica aos portadores de miocardiopatia isquêmica como causa de insuficiência cardíaca, impomos um vultoso ônus socioeconômico ao sistema de saúde. Do ponto de vista fisiopatológico, a grande prevalência da insuficiência cardíaca pode ser explicada, ao menos parcialmente, pela inabilidade do coração em reparar/regenerar cardiomiócitos em processo de morte celular.

                Habitualmente, em processos de reparação tecidual como os que ocorrem após o IAM, diferentes tipos celulares (macrófagos/monócitos, neutrófilos, fibroblastos e células endoteliais) são recrutados para a região afetada por vias específicas envolvendo citocinas, alterações na matriz extracelular e moléculas de adesão. O melhor entendimento dos complexos processos de reparação tecidual possibilitou o surgimento de uma nova estratégia terapêutica, a terapia celular, visando combater ou reverter à perda celular e o declínio funcional que a acompanha. No contexto da medicina cardiovascular, o transplante celular, técnica desenvolvida experimentalmente em passado recente e já testada clinicamente, poderá vir a ser uma opção terapêutica visando induzir o crescimento vascular (angiogênese) e/ou limitar a perda miocitária pós-isquêmica e assim reduzir, ou até prevenir, o aparecimento de insuficiência cardíaca secundária à doença isquêmica crônica do coração ou atenuar a limitação funcional imposta pela miocardiopatia chagásica. Essa nova estratégia terapêutica baseada na célula como agente terapêutico para reparação do miocárdio lesado ficou conhecida como cardiomioplastia celular.

                Diversos fatores devem ser levados em consideração na escolha do tipo celular mais adequado para regeneração cardíaca, entre eles citamos a facilidade de obtenção das células, risco de rejeição, segurança, compatibilidade das células após o transplante e eficácia funcional. O potencial terapêutico de diversos tipos celulares tem sido pesquisado, como os mioblastos (células indiferenciadas de músculo esquelético) e as células progenitoras hematopoéticas derivadas da medula óssea de adulto.

                A aplicabilidade clínica da terapia celular envolve deferentes possibilidades para sua implementação, conforme as características fisiopatológicas da condição na qual se deseja aplicá-la. Desde o seu início, a terapia celular foi considerada estratégia terapêutica merecedora de investigação dentro da medicina cardiovascular, área com maior probabilidade de implementação desta tecnologia em curto prazo. Resultados promissores obtidos tanto experimentalmente quanto em ensaios clínicos reforçam este conceito. Tal aplicabilidade pode ser entendida ao considerarmos que:

• A recuperação funcional a ser alcançada depende essencialmente do retorno da capacidade contrátil do miocárdio (função mecânica), consoante com dois elementos: contratilidade (sincronizada ao tecido nativo) e vascularização (atenuação da isquemia tecidual). Outros órgãos (cérebro e fígado, por exemplo) desempenham funções múltiplas com graus diversos de complexidade, em cujo conhecimento detalhado residirá qualquer proposta de regeneração tecidual a partir da terapia celular.         
• Há conhecimento básico sobre remodelação tecidual e angiogênese em extensão tal que a sua exploração terapêutica tornou-se factível em modelos animais de doença cardiovascular.        
• Os modelos animais de doença isquêmica do coração exibem, com alguma fidelidade, as condições de isquemia/fibrose encontradas na doença humana e podem ser reproduzidos facilmente, permitindo que a terapia celular possa ser testada em vários cenários.       
• Há possibilidade de implante de células-tronco no coração por via percutânea ou cirúrgica.       
• Métodos de imagem não invasivos permitem o monitoramento de pacientes após terapia celular e a identificação precisa de complicações e efeitos benéficos.         
• A elevada prevalência de pacientes portadores de doenças cardiovascular em seguimento em centros de referência na cardiologia espalhados pelo mundo permite que procedimentos de alta complexidade possam ser oferecidos em ensaios clínicos com número de pacientes, suficientemente grande, implicando poder estatístico adequado.