Aula 4.1 - medicina genomica _ terapias celulares

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Terapias celulares e Bioengenharia tecidual
capítulo 15 do livro Genômica
Profa. Msc. Isadora Louise
Terapias celulares
Conceito:
Procedimentos médicos que usam células vivas para melhorar o funcionamento ou promover a regeneração de tecidos e órgãos acometidos por doenças, processos degenerativos, ou que sofreram lesões traumáticas. (Borojevic, Balduino, 2004)
Introduzir um gene cujo produto/efeito tem a capacidade de curar ou prevenir a progressão de uma doença.
Terapias celulares
 Tipos principais:
Utilização de células somáticas; 
Introdução de genes corretivos em células com finalidade terapêutica. Ex: Vacina de DNA.
Utilização de células germinativas;
Introdução de genes corretivos em células reprodutivas, ou ainda no zigoto => modificação presente em todas as células do adulto, inclusive reprodutivas.
Utilização de células-tronco.
O que são células tronco?
São as células com capacidade de auto-replicação, isto é, com capacidade de gerar uma cópia idêntica a si mesma e com potencial de diferenciar-se em vários tecidos.
Quanto a sua classificação, podem ser:
 Totipotentes
 Pluripotentes ou multipotentes
 Oligopotentes
 Unipotentes
Totipotentes
 Aquelas células que são capazes de diferenciarem-se em todos os 216 tecidos que formam o corpo humano, incluindo a placenta e anexos embrionários. 
São encontradas nos embriões nas primeiras fases de divisão, isto é, quando o embrião tem até 16 - 32 células, que corresponde a 3 ou 4 dias de vida
Pluripotentes ou multipotentes
 Aquelas células capazes de diferenciar-se em quase todos os tecidos humanos, excluindo a placenta e anexos embrionários, ou seja, a partir de 32 - 64 células, aproximadamente a partir do 5º dia de vida, fase considerada de blastocisto.
 As células internas do blastocisto são pluripotentes enquanto as células da membrana externa destinam-se a produção da placenta e as membranas embrionárias
Oligopotentes
Aquelas células que se diferenciam em poucos tecidos
 Aquelas células que se diferenciam em um único tecido.
Unipotentes
Quanto a sua natureza, podem ser:
 Adultas
 Embrionárias
Células-tronco Adultas
Extraídas dos diversos tecidos humanos: medula óssea, sangue, fígado, cordão umbilical, placenta etc. (estas duas últimas são consideradas células adultas, haja vista a sua limitação de diferenciação).
 Nos tecidos adultos também são encontradas células-tronco, como medula óssea, sistema nervoso e epitélio.
 Entretanto, estudos demonstram que a sua capacidade de diferenciação seja limitada e que a maioria dos tecidos humanos não podem ser obtidas a partir delas.
Células-tronco Adultas
Função principal: manter as células que vão morrendo no organismo ao longo dos anos
Reparar lesões 
As células tronco do adulto não são TOTIPOTENTES, mas sim PLURIPOTENTES
Sustentam a qualidade de vida do indivíduo
Células-tronco Embrionárias
Só podem ser encontradas nos embriões humanos 
São classificadas como totipotentes ou pluripotentes, dado seu alto poder de diferenciação
 Estes embriões “descartados” (inviáveis para a implantação) podem ser encontrados nas clínicas de reprodução assistida ou podem ser produzidos através da clonagem para fins terapêuticos.
Terapias celulares – Conceitos básicos
Tipos:
Introdução sistêmica de populações celulares sadias;
Ex: Transplantes de células da medula óssea
Expansão das células progenitoras teciduais in vitro e implantação no sítio da lesão;
Ex: Uso de queratinócito para cobrir lesões cutâneas extensas
Células progenitoras pluripotentes, ou células tronco de várias origens, podem ser usadas para gerar de novo estruturas operacionais para suprir uma função inteira
Ex: ilhotas pancreáticas
Transplante de Medula Óssea
Medula Óssea
Propriedade intríseca das células de colonizar o tecido medular e reestabelecer a função hematopoiética
Terapias celulares – Conceitos básicos
Elementos que participam das terapias:
Células das mais diversas origens, embrionárias ou adultas, autólogas (células diferenciadas do próprio paciente) ou alogenéicas (espécies semelhantes – individuo doador)
Fatores de crescimento, hormônios ou mediadores moleculares: proliferação e diferenciação celular;
 Matrizes estruturais (biomateriais): organização tridimensional de tecidos e órgãos funcionais/ interação entre os elementos celulares e moleculares.
), homotópicas ou heterotópicas;
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Reabsorção e Remodelação
Alex Balduino
Terapias celulares e Bioengenharia tecidual
A associação entre células e moléculas em estruturas teciduais deve ser um processo altamente planejado, seguindo conhecimento profundo das estruturas celulares e suas interações;
Como em toda “construção” observar os padrões da engenharia:
Qualidade dos materiais usados;
Viabilidade econômica
 Durabilidade e qualidade final dos resultados obtidos;
 Atendimento ao regulamento dos poderes públicos
Terapias celulares e Bioengenharia tecidual
Exigem:
Alto conhecimento da estrutura e função do tecido de origem;
 Interação das células e moléculas no tecido gerado => produto da bioengenharia deve interagir normalmente com o resto do sistema do organismo;
Conhecimento global da genomica, transcriptomica e proteomica envolvida (Ex: correção de deficiências e erros genéticos) – recriação de estruturas, suprindo as falhas.
Reparo, regeneração e células tronco
Fases da vida:
Crescimento: maior reparo: tecidos naturalmente geram novas estruturas ou aumentam o volume das existentes;
 Adulto: constante: manutenção da homeostase;
 Velhice: degeneração dos tecidos: falha nos processos de reparo e regeneração.
Reparo, regeneração e células tronco
Fases da vida:
Todas as células do organismo tem inscritas no seu genoma a informação sobre em qual fase específica do programa temporal elas se encontram num determinado momento da vida de um organismo – sincronia da execução;
 Algumas células tem taxas de replicação discrepantes (epitélio e epiderme x hepatócitos, fibroblastos): entretanto, atingem a senescencia simultaneamente => mecanismos de compensação para taxas de replicação discrepantes;
 Necessidade de proliferação emergencial de células: células tronco teciduais (adultas).
Reparo, regeneração e células tronco
Fases da vida:
Células tronco adultas: aparentemente ocorrem em todos os tecidos, retidas em fase inicial de diferenciação.
Características:
 Capacidade de auto-renovação;
Proliferação básica lenta (manutenção e proteção contra deriva genética);
 Capacidade de amplificação em diversas categorias funcionais (independente do tecido em que se encontram).
Propriedades x questionamentos
Qual a origem destas células, qual sua distribuição no organismo e qual a especificidade tecidual?
 Qual a mobilidade e a possibilidade de usa-las para regeneração em outros tecidos?
Quais seus limites e as causas para não promover reparo in situ de situações patológicas crônicas?
 Qual a possibilidade de modificá-las, amplificando seu poder de regeneração?
Origem
Determinada na embriogenese:
Totipotentes:
Células tronco do trofoblasto => componentes placentários 
Massa central do blastocisto => células do embrião, incluindo germinativas.
Podem ser cultivadas in vitro por tempo indeterminado, como linhagens permanentes, denomidadas de células ES (embryonic stem cell)
Podem ser obtidas também de progenitores primordiais de células germinativas: cultivo in vitro => células EG (embryonic Germ cell).
EG
Origem
Determinada na embriogenese:
Ao longo da embriogenese, as diferenciações teciduais são direcionadas de acordo com a separação do ectodermo, mesodermo e endodermo: seguem a definição de eixos e territórios morfogenéticos.
Na base de cada um deles, permanece uma população de células tronco teciduais, capazes de gerar, de forma integrada e coordenada, as principais linhagens celulares de tecido funcional.
Ex. Célula tronco
tecidual:
tecido 
nervoso
Hepaticas, epiderme...
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Origem
Exceção: células tronco hematopoiética: móvel: origem e localização diversa ao longo da embriogênese.
Medula óssea: Abriga 2 sistemas de células tronco (complementares):
Progenitores hematopoiéticos => originam células sanguíneas
Progenitores mesenquimais => originam progenitores do tecido ósseo, adiposo, cartilaginoso, e de células reticulares da medula óssea, responsáveis pela organização e manutenção do ambiente hematopoiético medular.
Pluripotentes!!!
Medula Óssea: 
Célula-Tronco Hematopoética
Irving L. Weissman
 Stanford University, USA
cartilagem
osso
adipócito
músculo
célula-tronco mesenquimal
Células-Tronco Mesenquimais
célula reticular
Outra peculiaridade das células tronco medulares:	
Podem locomover-se, encontrando-se em outros tecidos: formação da população local e regeneração;
Os tecidos em processo de regeneração e reparo tem a capacidade de mobilizar um maior número de células circundantes de origem medular que os tecidos normais (fatores quimiotácticos).
Primeiras conclusões:
Células tronco exógenas podem participar de processos de reparo e regeneração, diferenciando-se in situ em células funcionais com características do tecido que as recebeu;
O ambiente tecidual é necessário e suficiente para induzir a diferenciação de células pluripotentes em fenótipos que normalmente participam dos processos de reparo e regeneração dos tecidos lesados.
Conceito de ambiente tecidual
Cada tecido possui características estruturais específicas que os distinguem dos outros, sendo reconhecidos por exemplos, os processos infecciosos e inflamatórios;
As células tronco também percebem e interpretam os ambientes teciduais => válido para as CT adjacentes ou introduzidas por terapias celulares => conceito fundamental para as terapias!!!
Diálogo molecular: matriz extracelular, proteínas transmenbrana, cascatas de sinalização...
Complementar
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Biomateriais e Engenharia tecidual
Primeiros biomateriais: reparo mecânico de lesões teciduais, provendo suportes não tóxicos, inertes e bem tolerados. Ex: próteses ortopédicas;
 Atualmente: desenvolvimento de materiais que estimulam a integração do implante com tecidos adjacentes, provocando a mobilização e ativação celular, bem como a subsequente produção da matriz extracelular, intimamente associada com o material implantado.
Uso de Próteses e Biomateriais em Ortopedia
 Biocompatíveis
 Biomiméticos
 Bioativos
Alex Balduino
Biomateriais Reabsorvíveis
Alex Balduino
Terapia Celular e Bioengenharia Tecidual em Ortopedia
Alex Balduino
abalduino@into.saude.gov.br
Centro de Pesquisa em Terapia Celular e Bioengenharia Ortopédica - CTCel
Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia - INTO