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CÉLULAS TRONCO Glossário • Células-tronco (CT) – Células com a capacidade para dividir por período indefinido em cultura e dar origem a células especializadas. • Célula-tronco embrionária (Pluripotente) – Células primitivas (indiferenciadas) de embrião que têm potencial para se tornarem um variedade de tipos celulares especializados. • Células-tronco adulta (Multipotente) – Célula indiferenciada encontrada em um tecido diferenciado que pode renovar-se e (com certa limitação) diferenciar-se para produzir o tipo de célula especializada do tecido do qual se origina. • Célula-tronco hematopoiética – Célula-tronco da qual se originam todas as células vermelhas (eritrócitos) e brancas (leucócitos) do sangue. • Plasticidade/Transdiferenciação – A capacidade da célula-tronco de um tecido adulto gerar tipos celulares diferenciados de outros tecidos. • Diferenciação – O processo por meio do qual uma célula embrionária não-especializada adquire características de célula especializada, tais como as do coração, fígado e músculo. • Sinais – Fatores internos e externos que controlam modificações na estrutura e função da célula. • In vitro – Literalmente, “em vidro”, em uma placa de laboratório ou tubo de ensaio, em ambiente artificial. Introdução Células tronco humanas diferenciadas. Núcleos celulares (azul); células da glia (verde); neurônios (vermelho) Células do Corpo Humano • O corpo humano é formado por diferentes tipos de células – Por exemplo, células musculares, células da pele, células do fígado, células nervosas, etc. – Algumas não são substituídas ao longo da vida. • Nem todas têm o mesmo potencial – Algumas permanecem indiferenciadas - stem cells ou células-tronco – Algumas se diferenciam e se tranformam em diferentes tipos celulares. coração cérebro estômago Diferentes Tipos de Células e Diferentes Tipos de Órgãos “CÉLULA-TRONCO” - Termo não existente na língua portuguesa Uso popular – tradução literal de “Stem-Cell”. Línguas latinas descrevem melhor sua função primordial: “Célula-Mãe” Definição de Célula-Tronco (CT) Características das Células-Tronco • São células não especializadas, que se renovam por meio de divisão celular. • São células não-diferenciadas e, portanto não especializadas. • Podem ser induzidas a tornarem-se células com funções especiais, tais como células contráteis de músculo cardíaco, sob certas condições experimentais. Cultura de células- tronco embrionárias Diferentes “meios de cultura” Células hepáticas Neurônios Células musculares cardíacas Diferentes tipos de células diferenciadas Células-Tronco Sabe-se atualmente que numeroso tecidos humanos (talvez todos), têm células tronco de reserva da qual o organismo lança mão para repor células maduras desgastadas ou quando ocorre lesão ou remodelação de tecidos. Células-Tronco São bem conhecidas CT de: - Pele - Mucosa intestinal - Epitélio olfatório - Cérebro - Fígado - Gordura - Córnea - Retina - Polpa dentária - Pulmões - Músculo esquelético - Músculo cardíaco Células-Tronco Classificação das Células-Tronco • Células Totipotentes - consideradas as células mestres do corpo, pois contém a informação genética para criar todas as células do corpo mais a placenta que nutre o embrião. • O próximo estágio de divisão celular resulta em células Pluripotentes - altamente versáteis e que podem dar origem a qualquer tipo de células, exceto a placenta. • As células, no estágio seguinte, transformam-se em Multipotentes, ou seja, podem dar origem a vários tipos celulares, mas em número limitado. Um exemplo são as células hematopoiéticas, que podem se desenvolver em vários tipos de células sangüíneas, mas não em cerebrais. Classificação das Células-Tronco Totipotente Pluripotente Outras Células-Tronco Músculo Nervo Osso Outros Tecidos Leucócitos Hemácias Células-Tronco Sangüíneas Multipotente Multipotente Obtenção de Células-Tronco Podem ser obtidas: • Por Clonagem Terapêutica é a técnica de manipulação genética que fabrica embriões a partir da transferência do núcleo da célula já diferenciada, de um adulto ou de um embrião, para um óvulo sem núcleo. A partir da fusão inicia-se o processo de divisão celular, na primeira fase 16-32 são consideradas células totipotentes. Na segunda fase 32-64 serão células pluripotentes. Do blastocisto são retiradas as células-tronco para diferenciação, in vitro, dos tecidos que se pretende produzir. • Do Corpo Humano as células-tronco adultas são fabricadas em alguns tecidos do corpo, como a medula óssea, sistema nervoso e epitélio, mas possuem limitação quanto a diferenciação em tecidos do corpo humano. • De Embriões Descartados (inviáveis para implantação) e Congelados nas clínicas de reprodução assistida. Células Tronco Embrionárias Células Tronco Adultas Células-Tronco Embrionárias (Pluripotentes) • As embrionárias, como o próprio nome sugere, são derivadas de embriões. Especificamente, células-tronco embrionárias são derivadas de embriões que se desenvolvem de óvulos fertilizados in vitro e doados para própositos de pesquisa com o consentimento dos doadores. • Elas não são derivadas de óvulos fertilizados no corpo da mulher. Esses embriões tem tipicamente 4 ou 5 dias de idade e são, no microscópio, uma bola oca de células chamada blastocisto. Células-Tronco Embrionárias (Pluripotentes) • Constitui um mistério para os cientistas a ordem ou comando que determina no embrião humano que uma célula-tronco pluripotente se diferencie em determinado tecido específico, como fígado, osso, sangue etc. • Porém em laboratório, existem substâncias ou fatores de diferenciação que quando são colocadas em culturas de células-tronco in vitro, determinam que elas se diferenciem no tecido esperado. Células-Tronco Embrionárias (Pluripotentes) • Células capazes de dar origem aos mais de 250 tipos diferentes de tecidos do adulto. • São obtidas a partir do embrião em sua fase precoce de desenvolvimento e cultivadas in vitro, ou por transferência de núcleo somático (“clonagem”). Desenvolvimento Embrionário Ovócito Espermatozóide Totipotente Mórula Pluripotente Embrioblasto Blastocisto Feto humano Exemplos: Unipotente Sistema cardiovascular Sistema nervoso Sistema imunitário Ovócito Espermatozóide Desenvolvimento Embrionário – O Começo de Tudo… Estágios da Embriogênese 1º Dia Zigoto 2º Dia 2 Blastômeros 3º - 4º Dia Mórula 5º - 6º Dia Blastocisto 11º - 14º Dia Diferenciação dos Tecidos Estágios da Embriogênese E então… Uso das Linhagens das Células-Tronco Embrionárias Massa celular interna isolada (destrói o embrião) Músculo cardíaco Rim Fígado Células em “meio nutritivo” 5º-6º dia Blastocisto Massa celular interna (forma o embrião) Trofoblasto (forma a placenta) Coração reparado Cultura de células Fertilização in vitro – método comum para a obtenção de células tronco embrionárias • Ovócito é fecundado por um espermatozóide capacitado in vitro. • Zigoto transforma-se em blastocisto. • Células-tronco embrionárias são retiradas do blastocisto. • Células-tronco são colocadas em uma placa de petri contendo fatores de crescimento e se multiplicam. Fertilização in vitro O que é Blastocisto?É dividido em: • Trofoblasto – é semelhante a uma esfera de células que se desenvolvem em membranas extra-embrionárias, tais como a placenta, cordão umbilical e âmnio. • Massa celular interna ou embrioblasto – células embrionárias pluripotentes. Endométrio Massa celular interna ou embrioblasto Trofoblasto Cavidade blastocística ou blastocele Um Marco na História da Manipulação Celular • Julho de 1978 – nasce na Inglaterra Louise Brown – o primeiro Bebê de Proveta pelo Dr. Patrick Steptoe e o fisiologista Robert Edwards. Louise Brown ao nascer, em 1978 (à esquerda) e nos dias de hoje (à direita). História da Pesquisa com Células Embrionárias Humanas • 1954 – John Enders ganhou o prêmio Nobel em Medicina pelo crescimento do vírus da poliomelite em células renais embrionárias humanas. • Em 1998, James Thomson (Universidade de Wisconsin- Madison) isolou a massa celular interna de embrião em estágio inicial, e desenvolveu a primeira linhagem de células-tronco embrionárias. História da Pesquisa com Células-Tronco Embrionárias Humanas • Em 1998, John Gearhart (Universidade de Johns Hopkins) produziu tecido gonadal de feto (células germinativas primordiais) a partir de células germinativas embrionárias humanas. • Linhagens de células-tronco pluripotentes foram produzidas em ambas as pesquisas. Células-Tronco Adultas (Multipotentes) • As adultas são indiferenciadas encontradas entre células diferenciadas dentro de um tecido ou órgão, podem se renovar e podem se diferenciar para produzir tipos especializados. O papel primário das células-tronco adultas em um organismo vivo é manter e reparar o tecido no qual elas são encontradas. • Diferentemente das embrionárias, que são definidas pela sua origem (a camada de células interna do blastocisto), a origem das células- tronco adultas em tecidos maduros é desconhecida. cartilagem osso adiposas muscular hematopoiéticas astrócitos células tronco mesenquimais (medula óssea) Células-Tronco Adultas Vantagens do Uso das Células Pluripotentes Embrionárias versus Células Multipotentes Adultas • Obtenção de um número maior de tipos celulares do que no uso da célula-tronco adulta; • Maior facilidade no controle do crescimento e da diferenciação em comparação com a célula-tronco adulta; • Abundância muito maior do que as células-tronco adultas e, portanto, mais facilidade de isolar; • Os cientistas podem utilizar os conhecimentos obtidos nos experimentos com células pluripotentes embrionárias de animais; • As pesquisas com células pluripotentes embrionárias podem acelerar o desenvolvimento das técnicas com as células-tronco adultas. Clonagem Terapêutica Clonagem Reprodutiva Objetivos: Clonagem terapêutica: Investigação, prevenção, diagnóstico e tratamento de doenças Clonagem reprodutiva: Produção de um indivíduo sem concepção Clonagem terapêutica e Clonagem reprodutiva Clonagem Terapêutica • É a produção de um embrião através de uma célula cujo núcleo foi transferido para um óvulo sem núcleo, visando a produção de tecidos diferenciados. Diferentemente da clonagem reprodutiva (através da qual foi obtida a ovelha Dolly e tantos outros clones animais), a clonagem terapêutica forma as células embrionárias em laboratório e o trabalho se encerra aí, sem colocar este embrião para se desenvolver em um útero. • Embora chame-se de embrião, esta produção em laboratório nada mais é que um óvulo que começa a divisão celular. Não sendo colocado em um útero, não dará origem a um bebê, por exemplo, no caso de humanos. Clonagem Reprodutiva • É a técnica pela qual se forma uma cópia de um indivíduo. O procedimento basea-se na transferência do núcleo de uma célula diferenciada, adulta ou embrionária, para um óvulo sem núcleo com a implantação do embrião no útero humano. Gêmeos univitelinos são clones naturais. Clonagem Terapêutica e Clonagem Reprodutiva Remoção do núcleo de um óvulo de uma ovelha doadora Núcleo do óvulo Núcleo do óvulo é introduzido em uma célula somática adulta (ex: célula mamária) Núcleo do óvulo Multiplicação das células produz um embrião inicial Clonagem Reprodutiva “Mãe de aluguel” Clone da ovelha doadora Clonagem terapêutica Remoção das células-tronco do embrião e crescimento em cultura As células-tronco embrionárias são induzidas a se transformarem em células especializadas para a clonagem terapêutica Clonagem Reprodutiva – Como Dolly foi clonada? Principal diferença das técnicas de Clonagem Terapêutica e Reprodutiva • Nas duas situações há transferência de um núcleo de uma célula diferenciada para um óvulo sem núcleo. • Mas na técnica de clonagem para fins terapêuticos as células são multiplicadas em laboratório para formar tecidos específicos e nunca são implantados em um útero. Tecidos/Células para Terapia Medula Óssea Neurônios Células do Músculo Cardíaco Células do Pâncreas Células-Tronco O Potencial da Clonagem Terapêutica • 1952 – Briggs & King clonaram girinos. • 1996 – O primeiro mamífero clonado de células adultas foi Dolly, uma ovelha. • 1998 – Clonagem de camundongo. • 1998 – Clonagem de vacas. • 2000 – Clonagem de porcos. História da Transferência Nuclear em Célula Somática (Clonagem) História da Clonagem • 2001 – Clonagem de gatos • 2002 – Clonagem de coelhos • 2003 – Clonagem de mulas • 2004 – Clonagem de búfalos • 2005 – Clonagem de cães “CC” Carbon Copy Terapia Celular Terapia Celular Substituição de células ou tecidos lesados por células novas e saudáveis, para restaurar sua função (substitui transplantes). Forma mais antiga de Terapia Celular Transfusão de componentes sangüíneos O transplante de células-tronco hematopoiéticas ou transplante de medula óssea é a única forma de tratamento com células-tronco que já faz parte do arsenal médico do mundo todo. Terapia Celular As pesquisas com células-tronco indicam novos caminhos para o tratamento de muitas doenças Pele Queimaduras Olhos Doenças na córnea e no cristalino Coração Enfarte Ossos Osteoporose e artrite Pâncreas Diabetes Fígado Hepatite e cirrose Cérebro Mal de Alzheimer, Parkinson, esclerose múltipla Rins Câncer Sangue Hemorragias, imunodeficiência Medula óssea Câncer Pulmão Câncer Terapia Celular - Perspectivas Terapia com Células-Tronco Embrionárias Diferenciação (+ fatores de crescimento) tempo Oligodendrócitos Tratamentos clínicos da medula espinhal utilizando células-tronco embrionárias começam a ser feitos em humanos (após modelo experimental em ratos). Medula espinhal lesionada Medula espinhal reparada Mórula Blastocisto Embrioblasto CT Cultura de células Zigoto O transplante de medula óssea é empregado para tratamento de doenças hematológicas neoplásicas (leucemias, linfomas) ou não-neoplásicas (anemia aplástica, talassemia, anemia falciforme). Inúmeras células jovens – Leucemia Linfóide Aguda Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Hematológicas • Em 1968, foi feito o primeiro transplante de medula óssea vermelha. • Desde a década de 1960, os transplantes de medula óssea vermelha têm sido usados para o tratamento de imunodeficências e leucemias.Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Hematológicas Células-Tronco da Medula Óssea Vermelha Leucemia e Outros Tipos de Câncer do Sistema Sangüíneo Tratamento: São retiradas células-tronco do paciente durante tratamento de quimioterapia, para que sejam preservadas da radiação. Depois elas são reinjetadas. Resultado: Como as células são do próprio paciente, não há risco de rejeição. Andamento: Pesquisadores (norte-americanos e europeus) avaliaram pacientes que receberam células-tronco de cordão umbilical. A técnica é menos agressiva que a tradicional. Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Hematológicas Médicos do hospital da Universidade Heinrich Heine, em Dusseldorf (Alemanha), conseguiram recuperar o músculo cardíaco de um homem de 46 anos que havia tido um infarto. O miocárdio foi tratado com células-tronco retiradas da medula do próprio paciente. Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Cardíacas Doenças Cardiovasculares (enfarte no miocárdio) Tratamento: Células-tronco retiradas da medula óssea do paciente são implantadas no músculo cardíaco. Resultado: Há uma regeneração do músculo e criação de novos vasos sangüíneos, aumentando a irrigação. Andamento: O Brasil é um dos países mais avançados no mundo na área. Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Cardíacas Doença de Chagas Tratamento: São retiradas células-tronco da medula do paciente e injetadas em sua circulação sangüínea ou nas artérias coronárias. Resultado: Pesquisa da Fundação Oswaldo Cruz (BA) mostra que o tratamento regenera tecidos lesados do coração e elimina as células que causam sua inflamação. Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Cardíacas Terapia com Células-Tronco Adultas Doenças Cardíacas Doença de Chagas • Realizado em mais de 200 camundongos, o estudo, coordenado pelo imunologista Ricardo Ribeiro dos Santos, do Centro de Pesquisas Gonçalo Muniz, unidade da Fiocruz em Salvador, utiliza células-tronco no combate à enfermidade. • Os resultados demonstram que, nas cobaias, as células-tronco são capazes de reduzir em até 90% as lesões (como a fibrose e a inflamação no músculo cardíaco) causadas pelo Trypanosoma cruzi. Vários T. cruzi no momento em se aderem a uma fibra muscular cardíaca Lesões da Medula Espinhal Tratamento: Implante de células-tronco da medula óssea na medula espinhal. Resultado: Melhora a passagem de impulso elétrico, sensibilidade e atividade motora. Andamento: De 30 pacientes tratados no Hospital das Clínicas (USP), três voltaram a andar. Terapia com Células-Tronco Adultas Sistema Nervoso Esclerose Tratamento: Transplante de células-tronco do próprio paciente. Resultado: Há uma diminuição dos sintomas da doença. Andamento: Paciente com esclerose lateral amiotrófica tratado na USP de Ribeirão Preto melhorou sua coordenação motora. Terapia com Células-Tronco Adultas Sistema Nervoso Parkinson Tratamento: São implantadas células-tronco em áreas específicas do encéfalo, buscando a produção de dopamina. Resultado: Melhora do déficit motor e cognitivo com a reposição dos neurônios lesados e destruídos. Andamento: Um time internacional de cientistas inseriu nos cérebros de macacos genes para induzir a produção da proteína GDNF, que protege as células nervosas contra os efeitos degenerativos da doença. Terapia com Células-Tronco Adultas Sistema Nervoso Diabetes Tratamento: Há uma diferenciação de células-tronco da medula óssea, in vitro, em ilhotas pancreáticas (órgãos que produzem a insulina). Resultado: Diminuição da necessidade de injeções de insulina. Andamento: O Instituto de Química da USP conduz pesquisas com camundongos para entender o papel dos genes na transformação das células-tronco em células beta (produtoras de insulina). Terapia com Células-Tronco Adultas Doença Auto-Imune Degenerações oculares Tratamento: Células são retiradas da medula óssea e injetadas na região da retina com lesões. Resultado: A região deteriorada é recuperada com a formação de novos vasos sangüíneos. Andamento: Pesquisadores da Unifesp inauguraram em 2004 um laboratório para estudar a aplicação de células-tronco no tratamento de doenças e lesões nos olhos. Terapia com Células-Tronco Adultas Retina O Futuro da Terapia com as Células-Tronco • Compreensão dos mecanismos de diferenciação e desenvolvimento; • Identificação, isolamento e purificação dos diferentes tipos de células- tronco adultas; • Controle da diferenciação de células-tronco para tipos celulares necessários para o tratamento de doenças; • Conhecimento para desenvolver transplantes de células-tronco compatíveis; • Nos transplantes de células-tronco: demonstração do controle apropriado do crescimento, bem como a obtenção do desenvolvimento e da função de célula normal; • Confirmação dos resultados bem-sucedidos dos animais em seres humanos. Perguntas e Respostas – Células-Tronco Que avanços as pesquisas científicas com células- tronco podem trazer para a medicina? • As células-tronco podem ser utilizadas para substituir células que o organismo deixa de produzir por alguma deficiência, ou em tecidos lesionados ou doentes. As pesquisas com células-tronco sustentam a esperança humana de encontrar tratamento, e talvez até mesmo cura, para doenças que até pouco tempo eram consideradas incontornáveis, como diabetes, esclerose, infarto, distrofia muscular, Alzheimer e Parkinson. • O princípio é o mesmo, por exemplo, do transplante de medula óssea em pacientes com leucemia, método comprovadamente eficiente. As células-tronco da medula óssea do doador dão origem a novas células sangüíneas sadias. Por que permitir a pesquisa com embriões, se as células-tronco são também encontradas em tecidos adultos? • Porque as células embrionárias seriam as únicas que têm a capacidade de se diferenciar em nos mais de 200 tecidos que constituem o corpo humano. • As células retiradas de tecidos adultos têm capacidade de dar origem a um número restrito de tecidos. O que a Lei da Biossegurança permite? • Ela autoriza as pesquisas científicas com células-tronco embrionárias, mas impõe uma barreira. Poderão ser pesquisados apenas os embriões estocados em clínicas de fertilização considerados excedentes, por não serem colocados em útero, ou inviáveis, por não apresentarem condições de desenvolver um feto. • O comércio, produção e manipulação de embriões, assim como a clonagem de embriões, seja para fins terapêuticos ou reprodutivos, continuam vetados. • Obervação: A pesquisa com células-tronco (art. 5º da Lei de Biossegurança) no Brasil foi aprovada em 29/05/2008 pelo Supremo Tribunal Federal (STF) . Qual o motivo da polêmica em torno da Lei de Biossegurança? • Para explorar as células-tronco usando as técnicas conhecidas hoje, é necessário retirar o chamado "botão embrionário“, ou melhor o embrioblasto, provocando a destruição do embrião. • Esse processo é condenado por algumas religiões – como a católica - que consideram que a vida tem início a partir do momento da concepção. Há perspectivas de que no futuro se encontrem técnicas capazes de preservar o embrião, o que eliminaria as resistências religiosas. Pesquisas com Células-Tronco Embrionárias e Adultas no Brasil • Desde 2005, quando a lei foi aprovada, poucos gruposse arriscaram a trabalhar com células embrionárias, importadas de outros países. Com a indefinição sobre a legalidade das pesquisas, os cientistas sentiam-se temerosos de ser obrigados a interromper as investigações caso a decisão do STF fosse contrária. O resultado é que nesses três anos apenas seis projetos com as embrionárias tomaram curso no País. • Em compensação, estão sendo realizados 49 protocolos com células- tronco adultas. Essas estruturas são extraídas basicamente da medula óssea e do cordão umbilical. São fontes mais acessíveis, obviamente, mas o problema é que as células adultas apresentam menor potencial de transformação. Como é a legislação sobre células-tronco em outros países? Os cientistas podem adquirir os embriões diretamente nas clínicas de fertilização assistida? • Sim. O cientista precisa da autorização do conselho de ética do instituto onde trabalha, como em qualquer projeto que envolva a manipulação de material humano. • Uma vez autorizado, o pesquisador poderá adquirir os embriões diretamente nas clínicas. Eles deverão estar estocados há mais de três anos e só poderão ser utilizados com o consentimento dos pais, mediante doação. Atualmente, estima-se que o país tenha 30.000 embriões congelados. É possível desenvolver uma técnica para obter células- tronco sem precisar dos embriões? • Sim. No início de 2007, cientistas americanos anunciaram a descoberta de uma nova fonte de células "coringa", extraídas do líquido amniótico, que preenche o útero durante a gravidez. Extraídas e cultivadas em laboratório, as células deram origem a vários tipos de células diferentes - ou seja, funcionam como células-tronco. • Conforme os cientistas, as células-tronco extraídas do líquido amniótico não são idênticas às células- tronco embrionárias. Em alguns casos, porém, elas funcionam até melhor, dizem eles. Mas a gama de aplicações para esse novo tipo de célula-tronco pode ser menor do que no caso das embrionárias. Qual é o tamanho do embrião quando as células são extraídas para pesquisas? • Até o momento, os cientistas conseguiram obter células-tronco de blastocistos, um estágio inicial do embrião com apenas 100 células. Um grupo de pesquisadores americanos conseguiu extrair células-tronco de mórulas, que têm entre 12 e 17 células. • Em qualquer caso o embrião é microscópico. As células retiradas são cultivadas em laboratório, e podem render material para diversos anos de trabalho. Em que estágio se encontram as pesquisas de tratamentos com células-tronco? • Na Bahia, pesquisadores da Fundação Oswaldo Cruz estão tratando com sucesso cardiopatias causadas pela doença de Chagas. No Hospital Pró- Cardíaco do Rio de Janeiro e no Instituto do Coração de São Paulo, células-tronco são usadas em pacientes que sofreram infarto. Também há estudos em vítimas de lesões medulares, diabetes do tipo 1, esclerose múltipla e artrite.
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