Tecnologia Científica

Canãlulas humanas velhas rejuvenescidas com tecnologia de células-tronco
Canãlulas humanas antigas retornam a um estado mais jovem e vigoroso após serem induzidas a expressar brevemente um painel de protea­nas envolvidas no desenvolvimento embriona¡rio, de acordo com um novo estudo.
Por Stanford Medicine - 31/03/2020



Canãlulas humanas antigas retornam a um estado mais jovem e vigoroso após serem induzidas a expressar brevemente um painel de protea­nas envolvidas no desenvolvimento embriona¡rio, de acordo com um novo estudo realizado por pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade de Stanford.

Os pesquisadores também descobriram que camundongos idosos recuperaram a força jovem depois que suas células-tronco musculares foram submetidas ao tratamento protanãico rejuvenescedor e transplantadas de volta para seus corpos.

As protea­nas, conhecidas como fatores Yamanaka, são comumente usadas para transformar uma canãlula adulta no que éconhecido como células-tronco pluripotentes induzidas ou células iPS. As células-tronco pluripotentes induzidas podem se tornar praticamente qualquer tipo de canãlula no corpo, independentemente da canãlula de onde se originaram. Eles se tornaram importantes na medicina regenerativa e na descoberta de medicamentos.

O estudo constatou que a indução de células humanas velhas em um prato de laboratório para expressar brevemente essas protea­nas rebobina muitas das caracteri­sticas moleculares do envelhecimento e torna as células tratadas quase indistingua­veis de suas contrapartes mais jovens.

"Quando as células iPS são produzidas a partir de células adultas, elas se tornam jovens e pluripotentes", disse Vittorio Sebastiano, PhD, professor assistente de obstetra­cia e ginecologia e o Acadaªmico da Fama­lia da Fama­lia em Medicina Translacional Pedia¡trica. "Perguntamos hálgum tempo se seria possí­vel simplesmente retroceder o rela³gio do envelhecimento sem induzir a pluripotaªncia. Agora descobrimos que, ao controlar rigidamente a duração da exposição a esses fatores protanãicos, podemos promover o rejuvenescimento em maºltiplos humanos. tipos de células ".

Sebastiano éo autor saªnior do estudo, que serápublicado on-line em 24 de mara§o na Nature Communications . O ex-aluno de graduação Tapash Sarkar, PhD, éo principal autor do artigo.

"Estamos muito empolgados com essas descobertas", disse o co-autor do estudo, Thomas Rando, MD, PhD, professor de neurologia e ciências neurolégicas e diretor do Glenn Center for the Biology of Aging, de Stanford. "Meus colegas e eu buscamos o rejuvenescimento dos tecidos desde que nossos estudos, no ini­cio dos anos 2000, revelaram que fatores sistemicos podem tornar os tecidos velhos mais jovens. Em 2012, Howard Chang e eu propusemos o conceito de usar fatores de reprogramação para rejuvenescer células e tecidos, e égratificante ver evidaªncias de sucesso com essa abordagem ". Chang, MD, PhD, éprofessor de dermatologia e de genanãtica em Stanford.

Exposição a protea­nas

Pesquisadores do laboratório de Sebastiano produzem células iPS a partir de células adultas, como as que compõem a pele, expondo-as repetidamente por um período de cerca de duas semanas a um painel de protea­nas importantes para o desenvolvimento embriona¡rio inicial. Eles o fazem introduzindo diariamente mensagens de RNA de curta duração nas células adultas. As mensagens de RNA codificam as instruções para produzir as protea­nas Yamanaka. Com o tempo, essas protea­nas rebobinam o destino das células - empurrando-as para trás ao longo da linha do tempo do desenvolvimento atése parecerem com as células pluripotentes jovens, semelhantes a embriaµes, das quais se originaram.

Durante esse processo, as células não apenas lana§am lembrana§as de suas identidades anteriores, mas também revertem para um estado mais jovem. Eles realizam essa transformação limpando seu DNA das tags moleculares que não apenas diferenciam, digamos, uma canãlula da pele de uma canãlula muscular do coração, mas também de outras tags que se acumulam a  medida que a canãlula envelhece.

Recentemente, pesquisadores começam a se perguntar se a exposição das células adultas a s protea­nas Yamanaka por dias, em vez de semanas, poderia desencadear essa reversão juvenil sem induzir pluripotaªncia total. De fato, pesquisadores do Instituto Salk de Estudos Biola³gicos descobriram em 2016 que expressar brevemente os quatro fatores Yamanaka em camundongos com uma forma de envelhecimento prematuro prolongou a vida útil dos animais em cerca de 20%. Mas não estava claro se essa abordagem funcionaria em humanos.

Sarkar e Sebastiano se perguntavam se as células humanas antigas responderiam de maneira semelhante e se a resposta seria limitada a apenas alguns tipos de células ou generaliza¡vel para muitos tecidos. Eles criaram uma maneira de usar material genanãtico chamado RNA mensageiro para expressar temporariamente seis fatores de reprogramação - os quatro fatores Yamanaka e duas protea­nas adicionais - nas células da pele e dos vasos sangua­neos humanos. O RNA mensageiro se degrada rapidamente nas células, permitindo que os pesquisadores controlem rigidamente a duração do sinal.

Os pesquisadores compararam os padraµes de expressão gaªnica das células tratadas e das células de controle, ambos obtidos de adultos idosos, com os de células não tratadas de pessoas mais jovens. Eles descobriram que células de idosos exibiam sinais de reversão do envelhecimento após apenas quatro dias de exposição aos fatores de reprogramação. Enquanto células idosas não tratadas expressavam na­veis mais altos de genes associados a vias conhecidas de envelhecimento, as células tratadas eram mais semelhantes a s células mais jovens em seus padraµes de expressão gaªnica.

Quando os pesquisadores estudaram os padraµes das etiquetas químicas associadas ao envelhecimento chamadas grupos metil, que servem como um indicador da idade cronola³gica de uma canãlula, descobriram que as células tratadas pareciam ser cerca de 1½ a 3½ anos mais jovens, em média, do que as células não tratadas de idosos , com picos de 3 anos e meio (nas células da pele) e 7 anos e meio (nas células que revestem os vasos sangua­neos).

Comparando as caracteri­sticas do envelhecimento

Em seguida, eles compararam várias caracteri­sticas do envelhecimento - incluindo como as células detectam nutrientes, metabolizam compostos para criar energia e eliminam o lixo celular - entre células de jovens, células tratadas de idosos e células não tratadas de idosos.

"Vimos um rejuvenescimento drama¡tico em todas as caracterí­sticas, mas um em todos os tipos de células testados", disse Sebastiano. "Mas nosso último e mais importante experimento foi realizado com células-tronco musculares. Embora elas sejam naturalmente dotadas da capacidade de se auto-renovar, essa capacidade diminui com a idade. Pensamos: podemos também rejuvenescer as células-tronco e ter um efeito a longo prazo?" ? "

Quando os pesquisadores transplantaram células-tronco musculares antigas de ratos que haviam sido tratadas novamente em ratos idosos, os animais recuperaram a força muscular de ratos mais jovens, eles descobriram.

Finalmente, os pesquisadores isolaram células da cartilagem de pessoas com e sem osteoartrite. Eles descobriram que a exposição tempora¡ria das células osteoartra­ticas aos fatores de reprogramação reduziu a secreção de moléculas inflamata³rias e melhorou a capacidade das células de se dividirem e funcionarem.

Os pesquisadores agora estãootimizando o painel de protea­nas de reprogramação necessa¡rias para rejuvenescer as células humanas e estãoexplorando a possibilidade de tratar células ou tecidos sem removaª-los do corpo.

"Embora seja necessa¡rio muito mais trabalho, esperamos que um dia tenhamos a oportunidade de reiniciar tecidos inteiros", disse Sebastiano. "Mas primeiro queremos garantir que isso seja rigorosamente testado em laboratório e considerado seguro".

Outros co-autores de Stanford são ex-bolsista de pa³s-doutorado Marco Quarta, PhD; pa³s-doutorado Shravani Mukherjee, PhD; estudante de graduação Alex Colville; assistentes de pesquisa Patrick Paine, Linda Doan e Christopher Tran; Constance Chu, MD, professor de cirurgia ortopanãdica; Stanley Qi, PhD, professor assistente de bioengenharia e de biologia química e de sistemas; e Nidhi Bhutani, PhD, professor associado de cirurgia ortopanãdica.

Pesquisadores do Sistema de Saúde Palo Alto de Assuntos de Veteranos, da Universidade da Califórnia em Los Angeles e do Instituto de Pesquisa em Medicina Molecular em Sunnyvale, Califa³rnia, também contribua­ram para o estudo.

A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (subsa­dios R01 AR070865, R01 AR070864, ​​P01 AG036695, R01 AG23806, R01 AG057433 e R01 AG047820), Glenn Foundation for Medical Research, Federação Americana de Pesquisa sobre o Envelhecimento e Departamento de Assuntos dos Veteranos .

Sarkar, Quarta e Sebastiano são co-fundadores da startup Turn Biotechnologies, uma empresa que estãoaplicando a tecnologia descrita no artigo para tratar condições associadas ao envelhecimento. Rando émembro do conselho cienta­fico.

 

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