Compreendendo as Células-Tronco Pluripotentes: Um Guia Amigável ao Paciente sobre a Ciência, as Promessas e o Progresso

Índice

• Pontos-Chave
• Contexto: O Que São Células-Tronco Pluripotentes?
• Como Esta Revisão Foi Conduzida
• Marcos Importantes na História das Células-Tronco
• As Cinco Categorias Básicas de Células-Tronco
• Como os Cientistas Testam a Pluripotência
• Células-Tronco Embrionárias (ESCs)
• Células-Tronco Muito Pequenas Semelhantes a Embrionárias (VSELs)
• Células-Tronco de Transferência Nuclear (NTSCs) e Clonagem
• Células-Tronco Reprogramadas (RSCs) e Células-Tronco Pluripotentes Induzidas (iPSCs)
• Um Olhar Mais Atento: iPSCs Derivadas da Urina
• Implicações Clínicas e Aplicações Futuras
• Limitações e Considerações Éticas
• Tópicos Adicionais na Revisão Original
• Recomendações e Esperança para os Pacientes
• Perguntas Frequentes
• Informações da Fonte

Pontos-chave

• As células-tronco pluripotentes podem se transformar em qualquer um dos três folhetos embrionários: ectoderma, endoderma e mesoderma.
• As iPSCs derivadas da urina oferecem uma forma não invasiva e simples de criar células-tronco a partir de uma amostra de 30 ml.
• As terapias com células-tronco apresentam riscos, incluindo formação de teratoma, instabilidade genética e possível rejeição imunológica.
• Apenas as células-tronco de transferência nuclear geraram um organismo completo, como os macacos clonados em 2018.
• Alguns tratamentos com células-tronco, como transplantes de retina e de medula espinal, já estão em ensaios clínicos iniciais.

Contexto: O Que São Células-Tronco Pluripotentes?

As células-tronco pluripotentes são as "células-mestras" do corpo. Elas possuem duas propriedades definidoras: autorrenovação (a capacidade de se dividir e criar mais células-tronco) e potencial de diferenciação (a capacidade de amadurecer em tipos celulares especializados).

Especificamente, essas células podem se diferenciar em qualquer um dos três folhetos embrionários primários que formam todos os tecidos humanos: ectoderma (pele, cérebro e sistema nervoso), endoderma (pulmões, fígado e trato digestivo) e mesoderma (músculo, osso e sangue). Essa incrível flexibilidade torna as PSCs uma ferramenta poderosa para a medicina.

Como Esta Revisão Foi Conduzida

O artigo é uma revisão sistemática, o que significa que os autores—pesquisadores do Rush University Medical College em Chicago—coletaram, analisaram e resumiram achados de numerosos estudos científicos publicados. Em vez de realizar um novo experimento, eles revisaram as evidências existentes para fornecer um "panorama geral" da pesquisa com células-tronco. A revisão se concentra em 15 domínios-chave, cobrindo desde as fontes de PSCs até as controvérsias éticas atuais.

Marcos Históricos na História das Células-Tronco

A jornada começou há mais de meio século. Em 1961, os Drs. James A. Till e Ernest A. McCulloch, da Universidade de Toronto, no Canadá, descreveram as células-tronco pela primeira vez. Eles descobriram que células da medula óssea de camundongos podiam se diferenciar em vários tipos celulares e nomearam essas células-tronco pluripotentes.

Várias décadas depois, em 1996, a ovelha Dolly se tornou o primeiro mamífero clonado a partir de uma célula adulta usando uma técnica chamada transferência nuclear de célula somática (SCNT). Isso foi realizado por Keith Campbell, Ian Wilmut e colegas do Instituto Roslin, na Escócia. A criação de Dolly provou que o material genético de uma célula madura poderia ser "reprogramado" para um estado embrionário.

Em 1998, as primeiras células-tronco embrionárias humanas (hESCs) foram isoladas por James Thomson nos Estados Unidos. Então, em 2006, ocorreu um grande avanço: Shinya Yamanaka e colegas derivaram células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) de células adultas, reprogramando-as com apenas quatro fatores de transcrição básicos—Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Essa conquista foi notável porque apenas 24 fatores candidatos foram originalmente testados, e apenas quatro eram essenciais. Em 2012, Yamanaka e John Gurdon receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por sua descoberta de que células maduras podem ser reprogramadas para um estado pluripotente.

Desde então, a pesquisa com células-tronco floresceu em um campo empolgante e promissor, com cientistas encontrando células-tronco adultas inatas em vários órgãos e desenvolvendo tecnologias cada vez mais avançadas.

As Cinco Categorias Básicas de Células-Tronco

Após revisar sistematicamente a pesquisa, os autores propõem que todas as células-tronco podem ser classificadas em cinco categorias básicas. Cada tipo tem uma origem única, método de produção e uso potencial na medicina:

1. Células-Tronco Embrionárias (ESCs): Derivadas de embriões em estágio inicial (blastocistos).
2. Células-Tronco Muito Pequenas Semelhantes a Embrionárias (VSELs): Células minúsculas e primitivas encontradas em tecidos adultos.
3. Células-tronco de Transferência Nuclear (NTSCs): Criadas pela transferência do núcleo de uma célula doadora para um óvulo cujo próprio núcleo foi removido.
4. Células-tronco Reprogramadas (RSCs): Células adultas que foram geneticamente "rebobinadas" em laboratório (inclui iPSCs).
5. Células-tronco Adultas (ASCs): Células-tronco específicas de tecidos encontradas no corpo.

De acordo com a revisão, apenas as NTSCs foram usadas para gerar um organismo completo—macacos foram cultivados a partir de NTSCs na China em 2018. As ESCs, iPSCs e células-tronco adultas foram usadas até agora para gerar tecidos e órgãos, não animais inteiros.

Como os Cientistas Testam a Pluripotência

Para confirmar que uma célula-tronco é verdadeiramente pluripotente, os pesquisadores usam três testes principais in vivo (dentro de um organismo vivo) em camundongos, conforme resumido por Aoi (2016):

• Ensaio de formação de teratoma: As células-tronco são transplantadas para camundongos imunocomprometidos, e os cientistas verificam se as células formam espontaneamente tecidos diferenciados de todos os três folhetos embrionários. Isso prova que as células podem se tornar muitos tipos celulares.
• Ensaio de formação de quimera: As células-tronco são injetadas em embriões em estágio inicial (chamados blastocistos 2N). As "quimeras" resultantes são então cruzadas. Se as células doadoras contribuírem para a linhagem germinativa—o que significa que podem produzir espermatozoides ou óvulos funcionais—e mantiverem cromossomos normais, as células têm "pluripotência funcional".
• Ensaio de complementação tetraploide (4N): Este é o teste mais rigoroso. As células-tronco são injetadas em embriões 4N (blastocistos tetraploides). Se as células testadas puderem gerar o organismo inteiro—incluindo o próprio embrião, enquanto o embrião 4N contribui apenas para os tecidos extraembrionários—as células são verdadeiramente pluripotentes.

Esses ensaios são essenciais para determinar se uma nova linhagem de células-tronco é segura e útil para terapias futuras.

Células-tronco Embrionárias (ESCs)

As células-tronco embrionárias humanas (hESCs) são colhidas de blastocistos em estágio inicial—cerca de 4 a 5 dias após a fertilização—destruindo o blastocisto de origem. Elas também podem ser obtidas de tecidos em estágios posteriores (até 3 meses de idade gestacional ou menos). As hESCs foram as primeiras células-tronco usadas em pesquisa e permanecem comumente usadas em ensaios clínicos hoje, conforme listado em clinicaltrials.gov.

No entanto, como sua coleta requer a destruição de embriões humanos, as hESCs levantam preocupações éticas significativas. Essas preocupações são uma das principais razões pelas quais os cientistas trabalharam para desenvolver fontes alternativas de células pluripotentes.

Células-tronco Embrionárias Muito Pequenas (VSELs)

As VSELs foram identificadas em 2006 por Ratajczak e colegas. Desde então, mais de 20 laboratórios independentes confirmaram sua existência, embora alguns grupos ainda a questionem.

Como o nome sugere, essas células são muito pequenas—cerca de 3 a 5 micrômetros em camundongos e 5 a 7 micrômetros em humanos (ligeiramente menores que os glóbulos vermelhos). Elas são encontradas em tecidos adultos e compartilham alguns marcadores com células-tronco embrionárias, como SSEA, Oct-4A nuclear, Nanog e Rex1. Elas também expressam marcadores típicos de células germinativas primordiais migratórias (células que dão origem a óvulos ou espermatozoides), como Stella e Fragilis.

De acordo com o modelo de Ratajczak de 2019, as VSELs se originam de células germinativas primordiais (PGCs) e podem se diferenciar em três destinos potenciais:

• Células-tronco mesenquimais (MSCs) – auxiliam no reparo tecidual
• Hemangioblastos – que incluem células-tronco hematopoéticas (HSCs) e células progenitoras endoteliais (EPCs), ajudando a formar sangue e vasos sanguíneos
• Células-tronco comprometidas com tecidos (TCSCs) – células prontas para se tornarem tecidos específicos

Como as VSELs são encontradas em tecidos adultos, elas podem evitar as questões éticas ligadas às células-tronco embrionárias e também podem ter menor probabilidade de formar teratomas (tumores) do que as iPSCs. Por esses motivos, são consideradas uma alternativa promissora para futuros tratamentos com células-tronco.

Células-Tronco de Transferência Nuclear (NTSCs) e Clonagem

A técnica de transferência nuclear de células somáticas (SCNT) foi comprovada pela primeira vez com a ovelha Dolly em 1996. O processo começa com a retirada de uma célula adulta totalmente diferenciada (como um fibroblasto) e a colocação de seu núcleo — que contém o DNA — em um óvulo do qual o próprio núcleo foi removido. O óvulo então "reprograma" o núcleo do doador para se comportar como um embrião inicial. Após várias divisões, a célula se desenvolve em um blastocisto de cerca de 100 células e, eventualmente, pode crescer em um organismo que é quase um clone idêntico do doador original.

Esta técnica pode ser usada para dois propósitos:

• Clonagem reprodutiva: criar um animal vivo completo.
• Clonagem terapêutica: gerar células-tronco para tratamentos médicos.

Desde Dolly, cerca de duas dúzias de outras espécies foram clonadas. Em janeiro de 2018, cientistas em Xangai, na China, anunciaram que haviam usado com sucesso fibroblastos fetais para clonar duas macacas fêmeas — os primeiros primatas já clonados usando SCNT.

Por que isso é importante para os pacientes? A clonagem de primatas poderia ajudar a criar modelos animais geneticamente uniformes que imitam de perto as doenças humanas. Isso facilitaria o estudo dos mecanismos das doenças e o teste de novos medicamentos, reduzindo o número de animais necessários. Também poderia ser combinada com a edição genética CRISPR-Cas9 para criar modelos de primatas de distúrbios humanos, como a doença de Parkinson e vários tipos de câncer. As empresas farmacêuticas já demonstraram grande interesse em macacos clonados para testes de medicamentos, e a cidade de Xangai está financiando um Centro Internacional de Pesquisa de Primatas para produzir esses animais para uso mundial.

Uma vantagem especial das NTSCs é que elas podem gerar um corpo vivo completo, enquanto as ESCs e iPSCs são tipicamente usadas para cultivar camadas de células, tecidos ou partes de órgãos. Do ponto de vista biofisiológico, isso confere à SCNT uma vantagem única na pesquisa básica e nas aplicações clínicas.

Células-Tronco Reprogramadas (RSCs) e Células-Tronco Pluripotentes Induzidas (iPSCs)

Desde a descoberta marcante de Yamanaka em 2006, as tecnologias de reprogramação avançaram dramaticamente. Os pesquisadores agora podem converter diretamente um tipo de célula adulta em outro usando fatores de transcrição restritos à linhagem (proteínas que ativam genes específicos), modificações de sinal de RNA e pequenas moléculas ou produtos químicos. Isso é chamado de "reprogramação direta".

A reprogramação direta pode contornar completamente o estágio de iPSC, produzindo células que já estão próximas do tipo de célula alvo. Um exemplo é a criação de células progenitoras neurais induzidas (iNPCs), que podem então se tornar neurônios e neurônios motores. Essas células são formadas pela expressão de fatores de transcrição importantes para o desenvolvimento neural, oferecendo uma rota mais rápida e potencialmente mais segura para produzir células para o tratamento de lesões medulares ou doenças neurológicas.

As células-tronco reprogramadas (RSCs) incluem todas as células-tronco criadas por métodos laboratoriais manuais que "reescrevem" os sinais genéticos das células primárias — exceto a SCNT, que é classificada separadamente.

Um Olhar Mais Atento: iPSCs Derivadas de Urina

Um dos avanços mais amigáveis ao paciente é a capacidade de criar iPSCs a partir da urina. Este método foi descrito pela primeira vez por Zhou e colegas em julho de 2011, com um protocolo mais detalhado publicado um ano depois. Ele tem várias vantagens importantes:

• Não invasivo: Não são necessárias agulhas ou cirurgia.
• Simples e rápido: Todo o processo leva cerca de 2 semanas de cultura celular, seguidas de 3 a 4 semanas de reprogramação.
• Barato e universal: Funciona com apenas uma amostra de 30 ml de urina e é adequado para pacientes de todas as idades, sexos e origens raciais/étnicas.
• Alto rendimento e excelente potencial de diferenciação: Em um estudo usando 200 ml de urina de jato médio limpa e o sistema de entrega do vírus Sendai, as iPSCs derivadas de urina mostraram um cariótipo normal (estrutura cromossômica normal) e a capacidade de se diferenciar em todos os três folhetos embrionários em um ensaio de teratoma.

A urina também contém uma subpopulação de células com características progenitoras, conforme relatado por Zhang e colegas. Essas células expressam marcadores como c-Kit, SSEA4, CD105, CD73, CD91, CD133 e CD44, que podem ajudar a distinguir entre as linhagens celulares da bexiga (células uroteliais, musculares lisas, endoteliais e intersticiais). Isso significa que a urina poderia servir como uma fonte valiosa e de fácil acesso de células para a construção de tecido da bexiga ou outras terapias urológicas.

Implicações Clínicas e Aplicações Futuras

As células-tronco—especialmente as CTE e as iPSC—têm um potencial enorme em quatro grandes áreas:

1. Medicina regenerativa e de transplantes: Substituir tecidos ou órgãos danificados, como o músculo cardíaco após um infarto do miocárdio, as células da retina na degeneração macular ou as células neurais na lesão medular.
2. Modelagem de doenças: Criar células em uma placa que carreguem as mutações genéticas de um paciente, permitindo que os cientistas estudem doenças como a doença de Parkinson ou o câncer com mais precisão.
3. Descoberta e triagem de medicamentos: Testar novos medicamentos em células específicas do paciente para identificar quais fármacos são mais eficazes e seguros antes dos testes em humanos.
4. Biologia do desenvolvimento humano: Compreender como um único óvulo fertilizado se desenvolve em um organismo complexo, o que pode revelar as causas de defeitos congênitos e abortos espontâneos.

A revisão enfatiza que essas aplicações já estão passando da “pesquisa fundamental” para a “pesquisa pré-clínica” e, em alguns casos, para ensaios clínicos iniciais—como transplantes de células da retina e transplantes de medula espinal.

Limitações e Considerações Éticas

Apesar da imensa promessa, vários desafios permanecem:

• Risco de teratoma: Tanto as CTE quanto as iPSC podem formar teratomas (tumores) se células indiferenciadas permanecerem após o transplante. Esta é uma grande barreira de segurança que deve ser superada antes do uso clínico generalizado.
• Instabilidade genética: As iPSC podem adquirir mutações genéticas durante a reprogramação ou o cultivo de longo prazo. Manter a estabilidade genômica é fundamental para a segurança do paciente.
• Rejeição imunológica: Mesmo com iPSC derivadas do paciente, pode haver diferenças imunológicas sutis. No entanto, como as iPSC podem ser coletadas do próprio paciente, o risco de rejeição é bastante reduzido em comparação com células de doadores.
• Preocupações éticas: O uso de embriões humanos para obter CTE permanece eticamente controverso. A clonagem de primatas também levanta sérias questões éticas sobre o bem-estar animal e a potencial aplicação futura da clonagem em humanos. A revisão destaca que as discussões éticas devem acompanhar o ritmo dos avanços científicos.
• Ceticismo científico: Como no caso das VSEL, algumas descobertas na pesquisa com células-tronco ainda são debatidas. A replicação e a confirmação independente são essenciais.

Tópicos Adicionais na Revisão Original

A revisão completa também aborda vários tópicos avançados que foram destacados no resumo, mas não detalhados no texto de síntese fornecido aqui. Estes incluem:

• Reprogramação direta in vivo de próxima geração: O conceito de converter células diretamente dentro do corpo, em vez de em uma placa de laboratório.
• Tipos celulares derivados de PSC e memória genética: Como as células diferenciadas retêm “memória” de seu estado original, o que pode afetar seu comportamento.
• Indução de pluripotência com modificações genômicas: Usar engenharia genética para ajudar a conduzir as células de volta a um estado pluripotente.
• Construção de vetores com combinações de fatores de reprogramação: Construir sistemas de entrega mais seguros e eficientes (como vírus ou epissomos) para transportar os Fatores de Yamanaka.
• Aprimoramento da pluripotência com moléculas pequenas e vias de sinalização genética: Uso de fármacos ou substâncias químicas que afetam vias como ERK, MAPK, MEK, GSK3, BMP, TGF e FGF para melhorar a reprogramação.
• Indução da reprogramação celular por sinalização de RNA: Uso de microRNAs ou outras moléculas de RNA para desencadear a reprogramação sem alterar o próprio DNA.
• Indução e aprimoramento da pluripotência com substâncias químicas: Identificação de coquetéis químicos que possam substituir totalmente os fatores genéticos.
• Manutenção da pluripotência e estabilidade genômica: Cultivo de iPSCs de maneiras que as mantenham estáveis e saudáveis.
• Ambientes de cultura livres de células alimentadoras e livres de xeno: Cultivo de células-tronco sem células de camundongo (alimentadoras) ou produtos de origem animal, o que é necessário para produzir células adequadas para transplante em humanos.
• Aplicações de biomateriais: Uso de arcabouços e outros materiais para apoiar o crescimento e a organização das células-tronco.
• Tecnologia celular tridimensional (3D) e bioimpressão tridimensional (3D): Cultivo de células em estruturas 3D e uso de impressoras para criar tecidos complexos camada por camada.
• Questões éticas atuais: Debates em andamento sobre o uso de embriões, clonagem e como traduzir de forma responsável a ciência das células-tronco para a medicina.

Recomendações e Esperança para os Pacientes

Para pacientes e familiares interessados em terapias com células-tronco, esta revisão oferece várias conclusões importantes:

• Pergunte sobre ensaios clínicos: Alguns tratamentos baseados em células-tronco, como transplantes de células da retina e transplantes de medula espinal, já estão em ensaios clínicos iniciais. Sempre pergunte ao seu médico sobre opções legítimas e aprovadas.
• Desconfie de clínicas não comprovadas: A revisão observa que, embora o campo seja empolgante, muitos produtos ainda estão em estágio experimental. Busque informações em centros médicos de renome e registros oficiais como clinicaltrials.gov.
• Considere doar amostras biológicas: Amostras simples como sangue ou urina podem ser usadas para criar iPSCs para pesquisa. Participar de biobancos de pesquisa pode ajudar a acelerar as descobertas.
• Mantenha-se informado: A ciência das células-tronco está avançando rapidamente. Acompanhe as atualizações de periódicos revisados por pares e grupos de defesa dos pacientes.

Os autores da revisão acreditam que, com pesquisa contínua, as tecnologias de células-tronco eventualmente oferecerão novos tratamentos para condições que atualmente não têm cura. O caminho a seguir exige colaboração entre cientistas, clínicos, reguladores e pacientes — e um compromisso tanto com a inovação quanto com a responsabilidade ética.

Perguntas Frequentes

O que são células-tronco pluripotentes?

As células-tronco pluripotentes são as células-mestras do corpo. Elas podem se autorrenovar, ou seja, se dividem para criar mais células-tronco, e têm potencial de diferenciação, ou seja, podem amadurecer em muitos tipos de células especializadas. Especificamente, elas podem se tornar qualquer um dos três folhetos embrionários primários que formam todos os tecidos humanos: ectoderma, endoderma e mesoderma.

Como as células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) são feitas a partir da urina?

As iPSCs derivadas da urina são criadas a partir de uma pequena amostra de urina, tipicamente 30 ml. O processo é não invasivo, simples e rápido: cerca de 2 semanas de cultivo celular seguidas de 3 a 4 semanas de reprogramação. Este método funciona para pacientes de todas as idades, sexos e origens, e as células podem se diferenciar em todos os três folhetos embrionários.

Qual é a diferença entre células-tronco embrionárias e células-tronco pluripotentes induzidas?

As células-tronco embrionárias (CTEs) provêm de blastocistos em estágio inicial, cerca de 4 a 5 dias após a fertilização, e sua coleta destrói o embrião. As células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) são células adultas reprogramadas em laboratório, por exemplo, com quatro fatores de transcrição. As iPSCs evitam a necessidade de destruir embriões e podem ser produzidas a partir das próprias células do paciente.

Quais são os riscos dos tratamentos com células-tronco?

Tanto as células-tronco embrionárias quanto as pluripotentes induzidas podem formar teratomas, que são tumores, se células indiferenciadas permanecerem após o transplante. Além disso, as iPSCs podem adquirir mutações genéticas durante a reprogramação ou o cultivo de longo prazo. Também pode haver rejeição imunológica sutil, embora o uso de iPSCs derivadas do próprio paciente reduza muito esse risco. Muitos tratamentos ainda são experimentais.

As terapias com células-tronco estão disponíveis para os pacientes atualmente?

Alguns tratamentos baseados em células-tronco, como transplantes de células da retina e transplantes de medula espinal, já estão em ensaios clínicos iniciais. Sempre pergunte ao seu médico sobre opções legítimas e aprovadas e busque informações em centros médicos de renome ou registros oficiais como clinicaltrials.gov. Desconfie de clínicas não comprovadas, pois muitos produtos ainda são experimentais.

O que é transferência nuclear de célula somática (SCNT) e por que ela é importante?

A transferência nuclear de célula somática é uma técnica na qual o núcleo de uma célula adulta é colocado em um óvulo que teve seu próprio núcleo removido. O óvulo reprograma o núcleo do doador para agir como um embrião. Foi comprovada pela primeira vez com a ovelha Dolly em 1996 e pode ser usada para clonagem reprodutiva ou clonagem terapêutica.

Como os cientistas testam se uma célula-tronco é verdadeiramente pluripotente?

Os cientistas usam três testes principais em camundongos. O ensaio de formação de teratoma verifica se as células transplantadas formam tecidos dos três folhetos embrionários. O ensaio de formação de quimera testa se as células contribuem para a linhagem germinativa em embriões iniciais. O ensaio de complementação tetraploide é o mais rigoroso: se as células testadas gerarem o organismo inteiro, elas são verdadeiramente pluripotentes.

Devo obter uma segunda opinião antes de me submeter a uma terapia com células-tronco para uma condição como doença de Parkinson ou lesão medular?

Sim, uma segunda opinião é aconselhável porque muitos tratamentos com células-tronco ainda são experimentais. Embora algumas terapias, como transplantes de retina e de medula espinal, estejam em ensaios clínicos iniciais, outras não são comprovadas. Os riscos incluem formação de teratoma, instabilidade genética e rejeição imunológica. Uma segunda opinião pode ajudar a confirmar se um tratamento proposto é legítimo e se as opções de ensaios clínicos são mais apropriadas. A Diagnostic Detectives Network fornece segundas opiniões independentes de especialistas.

Informações da Fonte

Este artigo voltado para pacientes é baseado no seguinte artigo científico revisado por pares:

Original title: Advances in Pluripotent Stem Cells: History, Mechanisms, Technologies, and Applications

Authors: Gele Liu, Brian T. David, Matthew Trawczynski, Richard G. Fessler

Journal: Stem Cell Reviews and Reports (2020) 16:3–32

Published online: 23 November 2019

DOI: https://doi.org/10.1007/s12015-019-09935-x

Affiliation: Department of Neurosurgery, Rush University Medical College, Chicago, IL, USA

Nota: Este artigo voltado para pacientes é baseado em pesquisa revisada por pares e inclui referências diretas a dados e descobertas da publicação original. Para obter detalhes completos, consulte o artigo original.