trabalho de bases

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
CAMPUS UFRJ – XERÉM
CURSO BIOFISICA 
 
Trabalho de Bases Moleculares das Doenças
Nome: Flávia Natale Alves Martins Borba
DRE:115181197
Prof(a): Leandra S. Baptista 
Introdução
 O tecido ósseo é um tipo especifico de tecido conjuntivo, tendo função de suporte e proteção dos órgãos, além de proporcionar base aos músculos esqueléticos. O início da formação óssea ocorre através dos processos de ossificação intramembranosa e ossificação endocondral. 
A ossificação intramembranosa acontece no interior das membranas do tecido conjuntivo, as células mesenquimais sofrem o processo de condensação, que quando estimuladas por fatores de transcrição (BMPs), essas células começam a se modificar e se diferenciam em osteoblastos, que seguem o processo de diferenciação expressando outros genes e secretando outros tipos de moléculas de matriz, gerando os osteócitos, esses ficam embebidos pela matriz óssea e os osteoblastos permanecem na superfície dessa matriz, posteriormente acontece o aparecimento de osteoclastos, estes são originados de células da medula, quando em contato com a matriz óssea, os osteoclastos são gerados, podendo ser chamados também de macrófagos do osso, pois são capazes de degradar essa matriz óssea. Esse processo forma os ossos pariental, temporal e dos maxilares inferior e superior, podendo contribuir para o crescimento de ossos curtos e largura de ossos longos.
A ossificação endocondral tem inicio a partir de um molde de cartilagem hialina que é responsável pela formação principalmente de ossos longos entre a 7ª e 8ª semana do embrião. A cartilagem hialina tem como função a formação do esqueleto do embrião, sofrendo modificações fazendo com que haja hipertrofia e apoptose dos condrócitos, redução e mineralização da matriz cartilaginosa. Esses ossos longos possuem a diáfise e expansões nas extremidades dos ossos chamados de epífises.
Na diáfise o pericôndrio é convertido em periósteo, onde as células osteoprogenitoras são diferenciadas em osteoblastos que produzem o colar ósseo envolta da diáfise, evitando então que nutrientes se disseminem para o centro do molde de cartilagem, levando os condrócitos a morte, formando por fim a cavidade medular. Esse colar ósseo é perfurado pelos osteoclastos, fazendo com que vasos sanguineos invadam a diáfise, trazendo células osteoprogenitoras que estabelecem o centro primário ósseo. Esse tecido ósseo primário substitui a cartilagem calcificada, essa invasão forma canais nesse molde de cartilagem que posteriormente vai abrigar células da medula óssea. A diáfise se expande pela entrada de matriz óssea na superfície exterior e reabsorção na superfície interior.
 O remodelamento pelos osteoclastos produzem trabéculas ósseas no centro da diáfise. Quando se aproxima o nascimento do feto, as epífises são penetradas por vasos sanguíneos, carregando células osteoprogenitoras, iniciando o centro secundário ósseo. A epífise é substituída por tecido ósseo no decorrer da infância e juventude, e esses ossos longos continuam o processo de crescimento e largura.
Sabe-se que nem todo molde de cartilagem é substituída a osso, ainda encontra-se poucas regiões de cartilagem na extremidade do osso, formando cartilagem articular e também cartilagem epifisária, também chamada de placa de crescimento, pois nela terá células que ao longo do tempo irão sofrer novos processos de ossificação endocondral, fazendo com que o individuo cresça.
Discussão
As células-tronco são células indiferenciadas que tem a capacidade de se diferenciar em diversos tipos celulares e também podem permanecer como células-tronco, elas continuam durante toda a vida do individuo e são responsáveis pela homeostase do tecido e pela substituição de células lesionadas, essas células possuem a capacidade de se auto-renovar, quando o processo de proliferação dessas células-tronco se inicia, essas células geram células progenitoras, onde começam a se comprometer com uma via de diferenciação. Quando essas células se comprometem com uma via de diferenciação elas começam a ativar transcrição gênica e se up-regulam, um conjunto de fatores de transcrição levam a mudança na sua morfologia e função.
Essa capacidade de regeneração pode ser determinada por algumas condições que limitam o aporte sanguíneo inicial, como por exemplo a idade, diabetes e fumo. Essas condições podem pré-dispor uma menor capacidade de regeneração de lesões ósseas, sendo o aporte sanguíneo fundamental para a regeneração.
Essas células podem se comprometer com variados tecidos, como por exemplo o processo de regeneração óssea e cartilaginosa. O processo de regeneração de uma fratura óssea se inicia quando há uma ruptura completa gerando dois fragmentos ósseos, o individuo tem a capacidade de reparar esse dano através de um conjunto de eventos, inicialmente, as células do periósteo (que possui células progenitoras ósseas) repõem com células que se proliferam e elementos de matriz. Com o inicio da formação de fragmentos de cartilagem, com o processo de ossificação endocondral, dando continuidade ao processo com a diferenciação em condroblasto e condrócitos que posteriormente serão ossificados, ocorre a invasão vascular e molde de cartilagem, e também pode ocorrer a formação óssea direta, a partir do periósteo formando diretamente osso no processo de ossificação intramembranosa. Com o osso se formando há a união dos fragmentos e em seguida remodelamento.
Hoje, sabe-se que o processo de reparo de uma fratura é muito complexo, pois muitos fatores podem influenciar e dificultar esse processo, alguns desses fatores como por exemplo o envelhecimento, pode afetar de maneira intrínseca, 
pela genética/epigenética e pelo microambiente, esses fatores genéticos como os telômeros que são sequências de nucleotídeos repetitivos no final de cada cromossomo, permite a replicação do DNA sem nenhuma perda da informação genética. A cada divisão celular esses telômeros ficam menores e a capacidade de proliferação é reduzida, a sua manutenção é essencial para a auto-renovação, sendo também uma característica comum das células-tronco. As células progenitoras residentes de tecido multipotente não tem essa capacidade ilimitada de renovação. Entretanto, possuem a maquinaria enzimática necessária para manter o comprimento desses telômeros na divisão celular. Estudos demonstraram que a telomerase é altamente expressa por populações de células que fazem regeneração em vários tecidos. Sua presença foi relacionada à capacidade limitada de auto-renovação necessária para a regeneração dos tecidos, No entanto, o papel da telomerase no potencial reduzido para regeneração óssea com o envelhecimento não foi definido.  (Michael Hadjiargyrou and Regis J O’Keefe.2014).
	
	
	Os fatores ambientais como cigarro, nicotina e fumaça demonstra que quando usado como objeto de estudo em animais, eles reduzem a cura de uma fratura óssea, porém, alguns estudos in vitro mostraram que a nicotina em doses baixas pode melhorar a diferenciação de osteoblastos e em controvérsia, alguns outros estudos mostram que a nicotina aumenta a proliferação e atrasa a diferenciação em osteoblastos. Entretanto, alguns estudos pré-clínicos com exposição ao fumo de cigarro definiram claramente um inibidor do efeito de reparação óssea. Ratos foram expostos aos cigarros de fumo e formaram um calo de fratura cedo, mostrando que houve um atraso na formação de cartilagem e osso e remodelamento do osso. Embora tenha sido demonstrado que a nicotina regule a regeneração de tecidos, a maneira pela qual esta toxina comum regula essas populações de células progenitoras e modula a regeneração óssea ainda precisa ter um estudo mais aprofundado. (Michael Hadjiargyrou and Regis J O’Keefe.2014).Doenças como a obesidade e diabetes foram estudadas e demonstraram que podem influenciar na redução da regeneração óssea. Alguns estudos mostraram que indivíduos com diabetes do tipo 2 reduziram o número de células circulantes mononucleares do sangue periférico que expressam a osteocalcina, proteína responsável pela mineralização da matriz óssea. A estreptozotocina é utilizada para induzir diabetes e é tóxico para as células beta pancreáticas produtoras de insulina, produzindo então uma doença que é similar a diabetes do tipo 1, esse estudo utilizou roedores tratados com estreptozotocina e demonstrou que esse tratamento prejudicou a regeneração de fraturas, caracterizado pela formação de calos que foi reduzida, e houve uma perda acelerada de cartilagem, e consequentemente diminuição da cura. Sabe-se que a expressão de TNFa é aumentada em condrócitos no calo de uma fratura e em ratos tratados com estreptozotocina houve a inibição da sinalização por TNFa, trazendo a níveis normais a restauração da fratura. Foi demonstrado também que o potencial para formação óssea endosteal é diminuída com tratamento de estreptozotocina em ratos diabéticos. Estas experiências indicam que a diabetes do tipo II leva à redução do potencial de reparação óssea e sugere que as células progenitoras diminuem a responsividade a agentes anabólicos do osso. Outros dados sugeriram que a insulina é um anabólico direto para a formação óssea. (Michael Hadjiargyrou and Regis J O’Keefe.2014).
Com base nesses estudos é possível observar que esses diversos fatores influenciam de maneira complexa no reparo de uma fratura óssea, esses variados experimentos dão pistas do verdadeiro papel das células progenitoras no processo de regeneração do osso, e talvez predizer como essas moléculas regulam o processo de regeneração óssea, sabe-se que ainda é muito necessário avançar nesses estudos e futuramente obter novidades nessa área que possam contribuir melhor para o entendimento desse processo de reparo de fraturas como por exemplo, compreender a função da mitocôndria no reparo de uma fratura,a regulação pós-transcricional de MiRNAs. É indispensável que novos tratamentos e novas técnicas sejam desenvolvidas para obter um resultado no qual não comprometerá outras vias no organismo humano. Possíveis alvos de estudos futuros possam ser de investigar essas células e moléculas em um ambiente artificial mas que seja o mais próximo de um ambiente de fratura em um individuo, talvez no futuro seja possível reproduzir uma fratura óssea artificialmente em que células e moléculas diferentes possam ser estudadas com o intuito de se obter um resultado positivo em humanos, e talvez compreender como essas diversas vias de sinalização se comprometem com a regeneração.
O tecido cartilaginoso é um tecido especializado do tecido conjuntivo, tem função de revestir superfícies articuladas e de sustentação. As principais doenças acometem a cartilagem articular pois ela tem uma capacidade limitada de reparo após uma lesão, os outros tipos de cartilagem como a hialina e fibrocartilagem possuem pericôndrio que contem células precursoras que podem ajudar na formação de nova cartilagem, entretanto, a cartilagem articular não possui pericôndrio, sendo assim, essa cartilagem não tem uma reserva de células progenitoras que possam repor em caso de dano. Além disso, é avascular, não tem um aporte sanguíneo adequado para trazer nutrientes e oxigenação, dificultando as células no processo de regeneração, por conta disso, a cartilagem possui essa grande dificuldade em se reparar.
O corpo de um individuo adulto contem um conjunto de células-tronco que se mobilizam durante uma doença ou lesão, essas células-tronco estão contidas dentro de nichos da medula óssea e em outros lugares do organismo humano. Estudos estão sendo desenvolvidos para mobilizar essas células de um jeito menos agressivo para a regeneração da cartilagem.
Muitos fatores de crescimentos e quimiocinas estão envolvidos no recrutamento, proliferação e diferenciação de células durante o reparo da cartilagem. As quimiocinas são proteínas que atraem quimicamente células do sistema imune, como linfócitos e neutrófilos, elas são reguladas para manter e reparar diversos tecidos. Alguns estudos demonstraram que MSCs expressam diversos receptores para as quimiocinas e fatores de crescimento e são eles, os receptores de quimiocinas CXC 1 e 2 (CXCR1 e CXCR2) CXCR4, receptor de quimiocina CC 1 (CCR1), CCR2, receptor do fator de crescimento endotelial vascular (VEGF )1 (Flt-1), e os receptores de fator de crescimento derivado de plaquetas a (PDGFR-a) e b (PDGFR-b). Os seus ligantes são a interleucina (IL) -8, fator derivado de células do estroma (SDF) -1, proteína inflamatória (MIP) -1a, proteína (MCP) -1, fator de crescimento da placenta (PlGF) e PDGF. Entretanto, os condrócitos expressam CXCR3, CXCR4, CXCR5 e CCR6, que são receptores para os ligantes interferol-γ (Mig), SDF-1a, quimiocina de atração de células B1, e MIP-3α, respectivamente. O TGF-β1 e 3 também é um fator essencial no estudo da regeneração da cartilagem, o TGF-β3 é cada vez mais utilizado atualmente. No entanto, os dois quando hipertrofiam a célula induzem de forma indesejada a condrogênese do MSC. Por outro lado, TGF-β1 e TGF-β3 exibem diferenças em seus efeitos na condrogênese em células mesenquimais derivadas de sutura. TGF-β3 significativamente induz proliferação celular ruim, enquanto o TGF-β1 promove diferenciação condrogênica mais satisfatória. 
Populações de células progenitoras estão presentes dentro da membrana sinovial e do fluido sinovial, e ambos possuem potencial condrogênico. Esse liquido sinovial aumenta durante a lesão. Essas células progenitoras sinoviais podem contribuir para a articulação normal e manutenção, além de fornecer células para a reparação endógena de defeitos. Essas células progenitoras podem ter um potencial de reparo de cartilagem quando ocorre uma migração adequada. 
(Gun-Il Im, MD.2016)
Estudos recentes vem demonstrando novas técnicas que podem ser utilizadas para o aprimoramento da regeneração da cartilagem, como por exemplo materiais bioadesivos tendo a natureza como forma de inspiração para reter células no local de injuria. Esses adesivos de tecidos são compostos por líquido ou semi-líquidos aplicado para fechamento de feridas, adesão de tecidos moles e homeostase. Eles são compostos de substâncias naturais ou sintéticas e produtos químicos.  Eles podem existir sob a forma de monómeros, pré polímeros ou polímeros não reticulados e submetidos a polimerização ou reticulação para formar um adesivo insolúvel complexo em condições certas. Os andaimes são usados ​​para conter e entregar fatores bioativos. Esses andaimes permitem que as células migrem para o material e estudos atuais se concentraram em hidrogéis com propriedades semelhantes a cartilagem articular e que fazem com que células se diferenciem em uma nova cartilagem. O fator bioativo depende da interação entre o fator e a matriz, mediada por encapsulamento, interações estáticas, imobilização, ligações de hidrogênio e / ou van der Waals, e vários desses materiais naturais possuem atividades físicas que controlam a liberação de fatores bioativos nesses locais de injuria.
( Gun-Il Im, MD.2016)
	Esses novos métodos podem vir a ser muito promissores, entretanto, ainda pouco se sabe sobre eles, é preciso mais estudos e aprofundamento do tema para que venha a ser um alvo terapêutico aceitável para aplicação clínica. Novos estudos devem ser realizados para confirmar se esses métodos não gerarão possíveis toxinas e se não recrutarão células endoteliais e inflamatórias para o sítio de injuria, podendo vir a causar um defeito ainda maior, por esse e outros motivos é necessário que haja muitos experimentos e novas formas de fazer com que esse métodos sejam de forma benéficos para o tratamento do reparo de cartilagem.
Referências Bibliográficas 
MICHAEL Hadjiargyrou, Regis J O’Keefe. TheConvergence of Fracture Repair and Stem Cells: Interplay of Genes, Aging, Environmental Factors and Disease. 2014
Gun-Il Im, MD. Endogenous Cartilage Repair by Recruitment of Stem Cells. 2016
IVANA Beatrice Mânica da Cruz , ANTÔNIO Lourenco Severoc , VERÔNICA Farina Azzolin, LUIZ Filipe Machado Garcia, ANDRÉ Kuhn e OSVANDRÉ Lech. Potencial regenerativo do tecido cartilaginoso por células-tronco mesenquimais: atualização, limitações e desafios. 2016
JUNQUEIRA e CARNEIRO. Histologia básica, texto e atlas. 12ª edição. 2013