Com o passar dos anos, algumas células do nosso corpo entram em um estado de senescência, no qual param de se dividir, mas não morrem. Essas células senescentes podem contribuir para distúrbios relacionados à idade, como câncer, degeneração tecidual e doenças inflamatórias.

Em um avanço que pode levar a melhores métodos de diagnóstico e tratamento dessas doenças, pesquisadores do MIT desenvolveram uma maneira não invasiva de detectar biomarcadores de senescência. Seu método é baseado na microscopia Raman, que pode revelar a composição bioquímica das células sem danificá-las.

Ao combinar a microscopia Raman com dados de expressão gênica em resolução de célula única das mesmas células, os pesquisadores conseguiram identificar "códigos de barras" únicos que podem ser usados para identificar rapidamente células senescentes. Este estudo foi realizado em células de camundongo, mas os pesquisadores agora estão trabalhando na adaptação da técnica para uso em tecido humano.

“Você pode imaginar que um dia poderemos desenvolver um endoscópio capaz de olhar dentro do seu corpo e identificar a senescência celular”, diz Jeon Woong Kang, cientista pesquisador do MIT e um dos autores principais do estudo.

A pesquisa faz parte de uma iniciativa dos Institutos Nacionais de Saúde chamada Rede de Senescência Celular, que busca uma compreensão mais profunda da senescência na esperança de desenvolver terapias que possam combater alguns dos efeitos danosos aos tecidos causados pelas células senescentes.

Peter So, diretor do Centro de Pesquisa Biomédica a Laser do MIT (LBCR) e professor de engenharia biológica e engenharia mecânica do MIT, e Jian Shu, professor assistente do Hospital Geral de Massachusetts (MGH) e da Escola de Medicina de Harvard, e membro associado do Broad Institute e do Ragon Institute, também são autores seniores do artigo, publicado hoje na Nature Aging . Os autores principais do artigo são Ke Zhang, instrutor do MGH e da Escola de Medicina de Harvard; Xingjian Chen, pós-doutorando do MGH e da Escola de Medicina de Harvard; Francesco Monticolo, pós-doutorando do MGH e da Escola de Medicina de Harvard; e Salvatore Sorrentino, pós-doutorando do MIT. 

A senescência celular é frequentemente desencadeada por danos no DNA, o que leva a uma parada irreversível do ciclo celular. Essas células não morrem, mas sofrem alterações significativas em sua forma, processos metabólicos e perfis de expressão gênica. 

O sistema imunológico é responsável por eliminar essas “células zumbis”, mas, com o envelhecimento, esse processo se torna menos eficiente. Quando as células senescentes se acumulam, podem contribuir para a flacidez da pele, fraqueza muscular e doenças crônicas como osteoartrite e diabetes tipo 2.

A senescência celular também apresenta efeitos benéficos, desempenhando papéis cruciais no desenvolvimento embrionário e na regeneração de tecidos.

“A senescência não é apenas uma condição patológica”, diz So. “A ideia por trás da Rede de Senescência Celular do NIH é adotar uma abordagem muito abrangente para entender a senescência e identificar células senescentes, porque ela desempenha um papel em muitas condições fisiológicas normais e em muitas condições patológicas.”

Os cientistas já identificaram alguns biomarcadores para a senescência, incluindo duas proteínas chamadas p16 e p21, que estão envolvidas na interrupção do ciclo celular. No entanto, essas proteínas só podem ser identificadas por meio de um processo que acaba destruindo as células.

A equipe do MIT queria encontrar uma maneira de identificar células senescentes de forma não invasiva usando microscopia Raman. Ao contrário do sequenciamento de RNA, que consome as células durante a análise, a microscopia Raman é uma técnica não destrutiva que revela a composição química de tecidos ou células ao incidir luz próxima ao infravermelho ou luz visível sobre eles.

No novo estudo, os pesquisadores utilizaram microscopia Raman em conjunto com sequenciamento espacial de RNA — uma técnica que revela onde os genes estão ativos dentro de um tecido — para identificar novos marcadores de senescência. Ao combinar essas duas técnicas, eles conseguiram gerar uma visão muito mais abrangente das características distintivas das células senescentes, incluindo níveis de expressão gênica, localização espacial e outras informações bioquímicas.

Utilizando ambos os métodos de análise, os pesquisadores examinaram tecido cutâneo e pulmonar de camundongos de 2 meses e de camundongos de 26 meses de idade.

Uma das mudanças mais drásticas observadas tanto nas células pulmonares quanto nas da pele foi o aumento da síntese de lipídios em células mais velhas, juntamente com o acúmulo desses lipídios. Os pesquisadores afirmam que ainda não se sabe como isso afeta a fisiologia das células.

Os pesquisadores também encontraram alguns efeitos específicos para cada tecido. Em células senescentes da pele, descobriram que as vias celulares associadas à contração muscular e à remodelação do colágeno e da matriz extracelular foram significativamente afetadas. E no tecido pulmonar envelhecido, encontraram aumento da atividade de genes envolvidos na ativação imunológica e na inflamação.

Em trabalhos futuros, os pesquisadores esperam estudar mais a fundo qual o papel que essas alterações desempenham nas células senescentes. 

Utilizando esses dados, os pesquisadores conseguiram identificar combinações de picos Raman que se correlacionam com a senescência. Esses picos, que representam ligações químicas específicas, estão ligados à presença de certos lipídios, proteínas ou outras moléculas.

“Combinando as características Raman mais importantes com as assinaturas genéticas mais relevantes, conseguimos criar um código de barras que pode nos ajudar a identificar células senescentes de forma mais imparcial”, afirma Sorrentino. “Usando esse código de barras, podemos nos concentrar em algumas bandas Raman que se mostraram as mais informativas neste estudo.” Com essas bandas, seria possível identificar células senescentes apenas pela busca dessas bandas no espectro Raman. Isso poderia viabilizar diagnósticos capazes de detectar células que se tornaram senescentes. 

Para tornar isso possível, os pesquisadores estão trabalhando em uma versão mais rápida de seu sistema de imagem Raman. Atualmente, leva cerca de 30 horas para analisar uma amostra de tecido de aproximadamente um milímetro quadrado, mas eles esperam desenvolver um sistema capaz de identificar rapidamente os códigos de barras Raman presentes em amostras maiores.

A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde e pelo Hospital Geral de Massachusetts.