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Thomás R. Campos MEDICINA - UFOB Princípios em Patologia RENOVAÇÃO, REGENERAÇÃO E REPARO DOS TECIDOS INTRODUÇÃO A lesão a células e tecidos coloca em movimento uma série de eventos que contém a lesão e inicia o processo de cura. De um modo geral, esse processo pode ser dividido em regeneração e reparo: CICATRIZAÇÃO: Processo predominante de reparo que ocorre quando a rede de matriz extracelular (MEC) é danificada por uma grave lesão A inflamação crônica que acompanha a lesão persistente estimula também a formação de cicatriz, devido à produção local de fatores de crescimento e citocinas que promovem a proliferação de fi broblastos e síntese de colágeno FIBROSE = extensa deposição de colágeno que ocorre sob essas condições MATRIZ EXTRACELULAR (MEC) - Componentes da MEC são essenciais para a cura de feridas: Fornecem a rede para migração celular Mantêm a correta polaridade celular para o rearranjo de estruturas estratificadas Participam da formação de novos vasos sanguíneos (angiogênese) Células na MEC (fibroblastos, macrófagos e outros tipos celulares) produzem -Fatores de crescimento -Citocinas e quimiocinas REGENERAÇÃO REPARO Refere-se à proliferação de células e tecidos para substituir estruturas perdidas O tecido lesado é substituído por outro morfofuncionalmente idêntico (ex: epiderme, epitélio do TGI, sistema hematopoiético) A regeneração resulta na restituição completa do tecido perdido ou lesado Consiste em uma combinação de regeneração e formação de cicatriz pela deposição de colágeno O tecido neoformado, originado do estroma, substitui o tecido perdido O reparo pode restaurar algumas estruturas originais, mas pode causar desarranjos estruturais importantes para regeneração e reparo Em tecidos saudáveis, a cura, na forma de regeneração ou reparo, ocorre praticamente após qualquer insulto que cause destruição tecidual e é essencial para a sobrevivência do organismo O reparo se inicia quase tão cedo quanto o começo da reação inflamatória e envolve vários processos, incluindo proliferação celular, angiogênese e síntese e deposição de colágeno PROLIFERAÇÃO CELULAR MECANISMOS QUE REGULAM AS POPULAÇÕES CELULARES: A PROLIFERAÇÃO CELULAR PODE SER ESTIMULADA POR CONDIÇÕES FISIOLÓGICAS E PATOLÓGICAS Os tecidos do corpo são divididos em três grupos com base na atividade proliferativa das suas células: Nos tecidos adultos, o tamanho das populações celulares é determinado pelas taxas de proliferação celular, diferenciação e morte por apoptose Aumento do número de células pode resultar de: Aumento na proliferação Diminuição da morte celular Diferenciação Em alguns tecidos, as células diferenciadas não são substituídas Em outros tecidos, quando células diferenciadas morrem, são continuamente substituídas por novas células geradas a partir das células-tronco Células terminalmente diferenciadas: são células diferenciadas incapazes de se replicar Apoptose é um processo fisiológico necessário para a homeostasia do tecido Proliferação Fisiológica: -Proliferação das células endometriais sob estimulação do estrogênio, durante o ciclo menstrual -Replicação mediada por TSH, das células da tireoide, que aumenta a glândula durante a gravidez Proliferação Patológica: -Hiperplasia prostática nodular, resultante da estimulação da di-hidrotestosterona -Desenvolvimento de bócio nodular na tireoide como consequência do aumento de níveis de TSH A proliferação celular é controlada, em grande parte, por sinais do microambiente que estimulam ou inibem a proliferação O crescimento é resultado de: Excesso de estimuladores Deficiência de inibidores O câncer é resultado de um crescimento descontrolado ATIVIDADE PROLIFERATIVA DO TECIDO 1- TECIDOS EM DIVISÃO CONTÍNUA (LÁBEIS) As células proliferam por toda a vida, substituindo aquelas que são destruídas Epitélios superficiais (epitélio estratificado escamoso da pele, cavidade oral, vagina e colo uterino); mucosa de revestimento de todos os ductos excretores das glândulas do corpo (glândulas salivares, pâncreas, vias biliares); epitélio colunar do trato gastrointestinal e do útero; o epitélio de transição das vias urinárias; células da medula óssea e tecidos hematopoiéticos 2- TECIDOS QUIESCENTES (ESTÁVEIS) Normalmente possuem um baixo nível de replicação, mas podem sofrer rápida divisão em resposta a estímulos e, portanto, são capazes de reconstituir o tecido de origem Células parenquimatosas do fígado, rins e pâncreas; células mesenquimais como os fibroblastos e de músculo liso; células endoteliais vasculares, linfócitos e outros leucócitos 3- TECIDOS QUE NÃO SE DIVIDEM (PERMANENTES) Contêm células que deixaram o ciclo celular e não podem sofrer divisão mitótica Neurônios, células musculares cardíacas e esqueléticas CÉLULAS-TRONCO Células-tronco são caracterizadas por suas propriedades de autorrenovação e por sua capacidade de gerar linhagens celulares diferenciadas. Para conseguir isso, as células-tronco precisam ser mantidas durante toda a vida do organismo Essa manutenção é alcançada por dois mecanismos: 1. Replicação assimétrica obrigatória: em cada divisão da célula-tronco uma das células-filhas retém sua capacidade de autorrenovação, enquanto a outra entra em uma via de diferenciação 2. Diferenciação aleatória: uma população de célula-tronco é mantida pelo equilíbrio entre divisões da célula- tronco para gerar duas células-tronco autorrenovadoras ou duas células que vão diferenciar-se CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS (ES) Totipotente: capaz de gerar todos os tipos de células diferenciadas do organismo e as células da placenta Pluripotente: capaz de dar origem a células dos três folhetos embrionários (endoderma, mesoderma, ectoderma) Multipotente: capaz de originar somente tipos celulares do próprio tecido onde residem Unipotente: capaz de gerar apenas um tipo celular São células pluripotentes localizadas na massa interna do blastocisto, durante início do desenvolvimento embrionário O ESTUDO DAS CÉLULAS ES TEM TIDO UM ENORME IMPACTO NA BIOLOGIA E NA MEDICINA: Estudo de etapas da diferenciação necessárias para o desenvolvimento de muitos tecidos Produção de camundongos knockout, uma ferramenta essencial para o estudo da biologia de genes particulares e para desenvolver modelos de doenças humanas No futuro, poderão ser usadas para repopular órgãos lesados CÉLULAS-TRONCO PLURIPOTENTES INDUZIDAS (iPS) CÉLULAS-TRONCO ADULTAS (SOMÁTICAS) São células reprogramadas em células pluripotentes a partir de células diferenciadas. Essa reprogramação é feita através da transdução de genes que codificam fatores de transcrição de células-tronco embrionárias Oct3/4 Sox2 c-myc Klf4 Nanog Fatores de transcrição de pluripotência Proteína que impede a diferenciação IPS PODEM TORNAR-SE UMA FONTE DE CÉLULAS PARA TERAPIA CELULAR, SEM QUE HAJA TRANSFERÊNCIA NUCLEAR PARA OVÓCITOS DESAFIOS: Desenvolver novos métodos para a liberação de genes Substituição de c-myc e Kfl4, que são oncogenes São célula-tronco em adultos com uma capacidade mais restrita de gerar diferentes tipos celulares Se dividem continuamente: Medula óssea, pele, revestimento do TGI A divisão não ocorre ativamente em condições normais: fígado, pâncreas, tecido adiposo Essas células-tronco se dividem muito lentamente, mas podem gerar células que se dividem rapidamente, conhecidas como células amplificadoras transitórias, que perdem a capacidade de autoperpetuação e dão origem a células progenitoras, com potencial de desenvolvimento restrito Alteração na diferenciação de uma célula de um tipo celular para outro TRANSDIFERENCIAÇÃO Capacidade da célula de se transdiferenciar em diversas linhagens PLASTICIDADE CÉLULAS-TRONCO A CÉLULAS-TRONCO NA HOMEOSTASIA TECIDUALMEDULA ÓSSEA Células-tronco hematopoiéticas (HSC): geram todas as linhagens celulares do sangue, podem reconstituir a medula óssea após depleção causada por doença ou irradiação e são amplamente utilizadas para tratamento de doenças hematológicas A medula óssea humana produz, aproximadamente, 1,5×106 células sanguíneas por segundo Células estromais da medula / Células-tronco mesenquimais (MSC): são multipotentes e migram para tecidos lesados, originando células do estroma ou outras linhagens celulares, mas parecem não participar da homeostasia normal do tecido Possuem, potencialmente, aplicações terapêuticas importantes porque, a depender do tecido para o qual elas migram, podem originar: condrócitos, osteoblastos, adipócitos, mioblastos e precursores de células endoteliais FÍGADO O fígado contém células-tronco/progenitoras nos canais de Hering CÉREBRO Ocorre neurogênese a partir de células-tronco neurais (NSC), localizadas em duas regiões: (1) zona subventricular e o (2) giro denteado do hipocampo As NSC (também conhecidas como células precursoras neurais) são capazes de originar neurônios, astrócitos e oligodendrócitos PELE As células-tronco estão localizadas em três diferentes áreas da epiderme: A epiderme humana possui uma alta taxa de renovação, em torno de 4 semanas EPITÉLIO INTESTINAL No intestino delgado, as criptas são estruturas monoclonais derivadas de células- tronco únicas: o vilo é um compartimento diferenciado que contém células de múltiplas Criptas MÚSCULOS ESQUELÉTICO E CARDÍACO Miócitos da musculatura esquelética não se dividem, mesmo após lesão; o crescimento e a regeneração do músculo lesado ocorrem através de replicação das células-satélites No coração, acredita-se que haja células semelhantes às progenitoras, com capacidade para gerar uma progênie, após lesão, mas não durante o envelhecimento fisiológico CÓRNEA Células localizadas nesse nicho podem originar uma população de células precursoras conhecidas como células ovais, que por sua vez podem se diferenciar em hepatócitos e células biliares CANAIS DE HERING DUCTO BILIAR Conectam os ductos biliares aos hepatócitos Células-tronco hepáticas funcionam como secundárias ou como compartimento de reserva ativado apenas quando a proliferação dos hepatócitos é bloqueada 1. Bulbo do folículo piloso produzem todas as linhagens celulares do folículo piloso 2. Áreas interfoliculares da epiderme superficial estão dispersas individualmente na epiderme e não estão contidas em nichos. Raramente, dividem-se, mas originam células amplifi cadoras transitórias que dão origem à epiderme diferenciada 3. Glândulas sebáceas Células-tronco das criptas do intestino delgado regeneram a cripta em 3 a 5 dias LOCALIZAÇÃO DAS CÉLULAS-TRONCO: Intestino delgado acima das células de Paneth Cólon na base da cripta A transparência da córnea depende da integridade do epitélio corneano, o qual é mantido pelas células-tronco do limbo (LSCs) Região de limbo: entre a conjuntiva e a córnea CICLO CELULAR A proliferação celular é um processo estreitamente regulado que envolve um grande número de moléculas e vias inter-relacionadas. Para alcançar a replicação e divisão do DNA, a célula passa por uma sequência de eventos estreitamente controlados conhecida como CICLO CELULAR. A REPLICAÇÃO DAS CÉLULAS É ESTIMULADA POR: Fatores de crescimento Sinalização dos componentes da matriz extracelular, através das integrinas A progressão através do ciclo celular, particularmente na transição G1/S, é estreitamente regulada por proteínas chamadas ciclinas e enzimas associadas chamadas cinases ciclina-dependentes (CDK): As CDK são ativadas quando se ligam e formam complexos com as ciclinas Depois de ativadas, as CDK direcionam o ciclo celular através de fosforilação de proteínas que são críticas para as transições do ciclo celular (ex: proteína de suscetibilidade ao retinoblastoma - RB) NO CICLO CELULAR EXISTEM PONTOS DE CONTROLE, QUE SÃO MECANISMOS DE VIGILÂNCIA PARA PERCEBER LESÃO AO MATERIAL GENÉTICO. ESSAS VERIFICAÇÕES DO CONTROLE DE QUALIDADE ASSEGURAM QUE CÉLULAS COM DNA OU CROMOSSOMOS LESADOS NÃO COMPLETEM A REPLICAÇÃO PONTO DE CONTROLE G1/S checa a integridade do DNA antes da replicação PONTO DE CONTROLE G2/M checa a integridade do DNA depois da replicação, e monitora se a célula pode entrar, com segurança, em mitose CICLO CELULAR FASES DO CICLO CELULAR: G1 pré-síntese S síntese de DNA G2 pré-mitótica M mitótica G0 células quiescentes Cada fase do ciclo celular é dependente de ativação apropriada e finalização da fase anterior Devido à sua importância, o ciclo celular possui múltiplos controles e redundâncias, principalmente durante a transição entre as fases G1 e S Depois desse ponto, as células normais se tornam irreversivelmente comprometidas com a replicação do DNA PROTEÍNA DE SUSCETIBILIDADE AO RETINOBLASTOMA FATOR DE TRANSCRIÇÃO E2F FORMAÇÃO DE UM COMPLEXO INATIVO IMPEDINDO A REPLICAÇÃO CDK FOSFORILA X ATIVA ESTIMULA A TRANSCRIÇÃO DE GENES CUJOS PRODUTOS CONDUZEM AS CÉLULAS ATRAVÉS DO CICLO CELULAR A atividade dos complexos CDK- ciclina é altamente regulada por inibidores de CDK. Alguns fatores de crescimento desligam a produção desses inibidores Quando as células percebem a lesão do DNA, a ativação do ponto de controle retarda o ciclo celular e desencadeia os mecanismos de reparo do DNA Se a lesão do DNA é grave para ser reparada, as células são eliminadas por apoptose ou entram em um estado não replicativo (senescência), através de mecanismos p53-dependentes Defeitos nos pontos de controle que permitem a divisão de células com anormalidades genéticas produzem mutações nas células-filhas que levam à neoplasia FATORES DE CRESCIMENTO FATORES DE CRESCIMENTO são polipeptídeos que orientam a proliferação de muitos tipos celulares Podem ter múltiplos ou restritos alvos celulares Podem promover a sobrevida celular, locomoção, contratilidade, diferenciação e angiogênese Todos os fatores de crescimento agem como ligantes que se ligam a receptores específicos, os quais liberam sinais para as células-alvo. Esses sinais estimulam a transcrição de genes que podem estar silenciosos nas células em repouso, incluindo os genes que controlam a entrada e progressão do ciclo celular FATORES DE CRESCIMENTO E CITOCINAS ENVOLVIDOS NA REGENERAÇÃO E CICATRIZAÇÃO DE FERIDAS Fator de Crescimento Epidérmico (EGF) Pertencem à família EGF e compartilham um receptor em comum (EGFR) EGF: É mitogênico para células epiteliais, hepatócitos e fibroblastos Durante a cura de feridas da pele, o EGF é produzido por ceratinócitos, macrófagos e outras células inflamatórias que migram para a área TGF-α: Está envolvido na proliferação de células epiteliais em embriões e adultos e na transformação maligna de células normais em câncer Também se liga ao EGFR e age como se fosse o EGF Fator de Crescimento Transformador-α (TGF-α) Fator de Crescimento do Hepatócito (HGF) Tem efeitos mitogênicos sobre os hepatócitos e maioria das células epiteliais, incluindo células do epitélio biliar e células epiteliais dos pulmões, rim, glândula mamária e pele Atua como morfogene no desenvolvimento embrionário, promove a migração e dispersão celular e aumenta a sobrevivência dos hepatócitos Produzido por fibroblastos e pela maioria das células mesenquimais, células endoteliais e células hepáticas não parenquimatosas O receptor para HGF, c-MET, é altamente expressado ou mutado em tumores humanos, especialmente em carcinomas renais e carcinomas papilíferos da tireoide Fator de Crescimento Derivado de Plaquetas (PDGF) O PDGF consiste em uma família de várias proteínas estreitamente relacionadas, cada uma com cadeias: PDGF-AA,PDGF-AB e PDGF-BB: formas ativas PDGF-CC e PDGF-DD: precisam ser clivadas PGDF fica guardado nos grânulos das plaquetas e só é liberado com a ativação plaquetária Também é produzido por macrófagos ativados, células endoteliais, células musculares lisas e muitas células tumorais Provoca migração e proliferação de fibroblastos, células musculares lisas e monócitos para áreas de inflamação e de cura de feridas da pele Fator de Crescimento Endotelial Vascular (VEGF) Família de proteínas homodiméricas: VEGF-A (VEGF), VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D e PIGF (fator de crescimento placentário) Induz a formação de vasos sanguíneos no inicio do desenvolvimento (vasculogênese) e exerce um papel central no crescimento de novos vasos sanguíneos (angiogênese) em adultos Promove a angiogênese na inflamação crônica, nos tumores e na cura de feridas Possui 3 receptores: VEGFR-1 (mobilização de células-tronco endoteliais, papel na inflamação); VEGFR-2 (vasculogênese, angiogênese); VEGFR-3 (produção de vasos linfáticos (linfoangiogênese) Fator de Crescimento dos Fibroblastos (FGF) Contribuem para as respostas de cura de feridas (FGF-2, FGF-7/KGF), da angiogênese (FGF-2), do desenvolvimento, da hematopoiese e de outros processos Fator de Crescimento Transformador-β (TGF-β) Um precursor inativo é produzido, depois secretado e clivado e forma um fator ativo e um componente latente É um inibidor de crescimento da maioria das células epiteliais (bloqueia o ciclo celular) É um potente agente fibrogênico Possui um forte efeito anti-inflamatório, mas aumenta algumas funções imunes Citocinas TNF e IL-1: reações de cura de feridas TNF e IL-6: início da regeneração hepática EFFR1 = EGFR EGFR2= HER2 PDGFR-α PDGFR-βAGEM NOS RECEPTORES: MECANISMOS DE SINALIZAÇÃO RECEPTORES E VIAS DE TRANSDUÇÃO DE SINAL: Ex: Reparo de tecido conjuntivo (macrófago produz FGF para estimlar crescimento de fibroblastos) Ex: Células tumorais estimulam a própria proliferação pela alça autócrina Ex: Citocinas Ligantes: maioria dos fatores de crescimento, como EGF, TGF-α, HGF, PDGF, VEGF, FGF, o ligante c-KIT e a insulina Quando ativado, ocorre dimerização do receptor, e consequente autofosforilação pelo domínio intracelular com atividade enzimática tirosina quinase Ligantes: citocinas (IL-2, IL-3); interferons- α, -β e -γ; eritropoietina; G-CSF; GH e prolactina Esses receptores recrutam cinases e transmitem sinais extracelulares para o núcleo por ativação de proteínas JAK Ligantes: quimiocinas, vasopressina, serotonina, histamina, epinefrina e norepinefrina, calcitonina, glucagon, hormônio paratireoideo, corticotrofina e a rodopsina Quando ativado, a subunidade α dissocia- se do receptor e estimula adenilato ciclase, que cataliza a conversão de ATP para AMPc RECEPTORES COM ATIVIDADE INTRÍNSECA DE TIROSINA-CINASE RECEPTORES SEM ATIVIDADE INTRÍNSECA DE TIROSINA-CINASERECEPTORES ACOPLADOS À PROTEÍNA G c-MYC, c-JUN: Promovem o crescimento p53: Inibem o ciclo celular FATORES DE TRANSCRIÇÃO INTERAÇÕES CÉLULA-MATRIZ A regeneração e o reparo dos tecidos dependem não somente da atividade de fatores solúveis, mas também das interações entre as células e os componentes da matriz extracelular FUNÇÕES DA MATRIZ EXTRACELULAR: Suporte mecânico para a ancoragem da célula e migração celular, e manutenção da polaridade celular Controle do crescimento celular. Os componentes da MEC podem regular a proliferação celular sinalizando através de receptores celulares da família das integrinas Manutenção da diferenciação celular. O tipo de proteína da MEC pode influenciar o grau de diferenciação das células nos tecidos, atuando também via integrinas de superfície celular. Arcabouço para renovação tecidual. A manutenção da estrutura normal do tecido requer uma membrana basal ou um arcabouço de estroma. A integridade da membrana basal ou do estroma de células parenquimatosas é essencial para a regeneração organizada dos tecidos. É particularmente notável que, embora células lábeis e estáveis sejam capazes de regeneração, a lesão a esses tecidos resulta na restituição da estrutura normal apenas se a MEC não for lesada. O rompimento dessas estruturas leva à deposição de colágeno e à formação de cicatriz Estabelecimento de microambientes teciduais. A membrana basal funciona como um limite entre o epitélio e o tecido conjuntivo subjacente e forma também parte do aparelho de filtração no rim Armazenamento e apresentação de moléculas reguladoras. Por exemplo, fatores de crescimento, como FGF e HGF, são secretados e armazenados na MEC, em alguns tecidos. Isto permite a rápida difusão de fatores de crescimento após lesão local ou durante a regeneração A MEC É COMPOSTA POR TRÊS GRUPOS DE MACROMOLÉCULAS 1. Proteínas estruturais fibrosas (colágenos e as elastinas que promovem resistência à tensão e retração) 2. Glicoproteínas adesivas (que conectam os elementos da matriz uns aos outros e às células) 3. Proteoglicanos e hialuronan (fornecem elasticidade e lubrificação) ESSAS MOLÉCULAS SE ORGANIZAM PARA FORMAR DUAS FORMAS BÁSICAS DE MEC: I - MATRIZ INTERSTICIAL: Encontrada em espaços entre as células epiteliais, endoteliais e células musculares lisas, bem como no tecido conjuntivo. Consiste principalmente em colágeno fibrilar e não fibrilar, elastina, fibronectina, proteoglicanos e hialuronan II- MEMBRANA BASAL: Estão intimamente associadas às superfícies celulares e consistem em colágeno não fibrilar (principalmente tipo IV), laminina, heparan-sulfato e proteoglicanos Embora haja alguma sobreposição nos seus constituintes, as membranas basais e a MEC intersticial possuem arquitetura e composição geral diferentes REGENERAÇÃO Se tu pegar uma salamandra e arrancar o rabo dela fora, vai crescer de novo. Esses animais têm a capacidade de regenerar suas caudas, membros, cristalino, retina, mandíbula e até mesmo uma grande parte do coração NO FÍGADO Acontece uma regeneração, mas não é regeneração verdadeira, porque a ressecção do tecido não provoca um novo crescimento do fígado, mas, em vez disso, desencadeia um processo de hiperplasia compensatória nas partes restantes do órgão Essa capacidade de regeneração de tecidos e órgãos inteiros foi perdida nos mamíferos E POR QUE QUE A GENTE NÃO CONSEGUE FAZER ISSO TAMBÉM? Ausência de formação de blastema Rápida resposta fibroproliferativa após a ferida O blastema é um agregado de células semelhantes às células-tronco, que serve de fonte para regeneração A ressecção de aproximadamente 60% do fígado de doadores vivos resulta na duplicação do fígado remanescente em torno de 1 mês Essa restauração acontece sem que haja um crescimento dos lobos que foram retirados, o que acontece é um aumento dos lobos que restaram, esse processo é conhecido como crescimento compensatório ou hiperplasia compensatória As partes do fígado que permanecem após hepatectomia parcial constituem um “minifígado” intacto, que se expande rapidamente, alcançando a massa do fígado original Quase todos os hepatócitos se replicam durante a regeneração hepática após hepatectomia parcial, e como são células quiescentes, levam várias horas para entrar no ciclo celular, progredir para G1 e alcançar a fase S de replicação do DNA Transição G0/G1: É a fase de preparação, onde hepatócitos quiescentes tornam-se competentes para entrar no ciclo celular. Mais de 70 genes são ativados durante essa resposta: Transição G1/S: Passagem do ponto de restrição para que hepatócitos preparados entrem no ciclo celular e ocorra a replicação do DNA Regulada da mesma forma descrita antes, por ciclinas e cinases ciclina-dependentes (CDK) TNF, IL-6 HGF, TGF-α, HB-EGF Essa replicação acontece em sincronia com areplicação de células não parenquimatosas (células de Kupffer, células endoteliais e células estreladas) c-FOS, c-JUN Formam produtos que se dimerizam para formar o fator de transcrição AP-1 c-MYC Codifica um fator de transcrição ativador de muitos genes diferentes OUTROS NF-κB, STAT-3 e C/EBP Norepinefrina, serotonina, insulina, hormônios do crescimento e da tireoide atuam como adjuvantes para a regeneração hepática, facilitando a entrada dos hepatócitos no ciclo celular REPARO QUANDO A LESÃO AO TECIDO É GRAVE OU CRÔNICA E RESULTA EM LESÃO DAS CÉLULAS PARENQUIMATOSAS E DO ARCABOUÇO DE ESTROMA: O reparo pela deposição de tecido conjuntivo inclui as seguintes características básicas: Inflamação Angiogênese Migração e proliferação de fibroblastos Formação de cicatriz Remodelamento do tecido conjuntivo Na maioria dos processos de cura, ocorre uma combinação de regeneração e reparo. As relativas contribuições do reparo e da regeneração são influenciadas por: 1. Capacidade proliferativa das células do tecido 2. Integridade da matriz extracelular 3. Resolução ou cronicidade da lesão e da inflamação CURA Regeneração REPARO Deposição de colágeno e outros elementos da MEC Formação de CICATRIZ Ao contrário da regeneração, que envolve a restituição dos componentes teciduais, o reparo é uma resposta fibroproliferativa que “remenda”, em vez de restaurar o tecido CICATRIZ: Mais frequentemente se refere à cura de feridas na pele, porém o termo é usado também para descrever a substituição de células parenquimatosas de qualquer órgão, por colágeno, como ocorre no coração após infarto do miocárdio LESÃO REAÇÃO INFLAMATÓRIA Contém a lesão Remove o tecido lesado Promove a deposição de componentes da MEC na área da lesão AO MESMO TEMPO: Estimula a angiogênese LESÃO PERSISTENTE INFLAMAÇÃO CRÔNICA Deposição excessiva de tecido conjuntivo (fibrose) ANGIOGÊNESE A angiogênese é um processo fundamental que afeta reações fisiológicas (cura de feridas, regeneração, vascularização de tecidos isquêmicos e menstruação) e processos patológicos, como o desenvolvimento de tumores e metástase, retinopatia diabética e inflamação crônica ANGIOGÊNESE Formação de novos vasos sanguíneos em adultos, também conhecida como neovascularização, pode ocorrer por ramificação e extensão de vasos preexistentes, ou por recrutamento de células progenitoras endoteliais da medula óssea VASCULOGÊNESE Formação de vasos durante o desenvolvimento embrionário, no qual uma rede vascular primitiva é estabelecida a partir de células precursoras endoteliais (angioblastos), ou a partir de células precursoras hemopoiéticas/endoteliais, chamadas de hemangioblastos ≠ ANGIOGÊNESE A PARTIR DE VASOS PREEXISTENTES Neste tipo de angiogênese, há vasodilatação e aumento da permeabilidade dos vasos existentes, degradação da MEC e migração das células endoteliais. As principais etapas são: Vasodilatação, em resposta ao NO e aumento da permeabilidade dos vasos preexistentes induzido pelo VEGF. Degradação proteolítica da membrana basal do vaso original, por ação de metaloproteinases de matriz (MMP) e rompimento do contato célula-célula entre células endoteliais pelo ativador do plasminogênio Migração das células endoteliais em direção ao estímulo angiogênico Proliferação de células endoteliais Maturação das células endoteliais Recrutamento de células periendoteliais (pericitos e células musculares lisas vasculares) para formar o vaso maduro ANGIOGÊNESE A PARTIR DE CÉLULAS PRECURSORAS ENDOTELIAIS (EPC) A natureza do mecanismo dessa migração é incerta. Essas células expressam alguns marcadores de células-tronco hematopoiéticas, bem como VEGFR-2 e caderina-endotelial vascular (caderina-VE) As EPC contribuem para a reendotelização de implantes vasculares e a neovascularização de órgãos isquêmicos, feridas cutâneas e tumores Na angiogênese de vasos preexistentes, as células endoteliais desses vasos tornam- se móveis e proliferam para formar brotos capilares. A despeito do mecanismo iniciante, a maturação do vaso (estabilização) envolve o recrutamento de pericitos e células musculares lisas para formar a camada periendotelial As EPC são mobilizadas a partir da medula óssea e migram para o local de lesão ou de crescimento tumoral. Nesses locais, as EPC diferenciam-se e formam uma rede madura pela ligação a vasos existentes O número de EPC circulantes aumenta grandemente em pacientes com condições isquêmicas, sugerindo que as EPC influenciam a função vascular e determinam o risco de doenças cardiovasculares ANGIOGÊNESE O VEGF é o fator de crescimento mais importante nos tecidos adultos que sofrem angiogênese fisiológica (p. ex., a proliferação do endométrio), ou patológica (ocorre na inflamação crônica, cura de feridas, tumores e na retinopatia diabética) É secretado por muitas células mesenquimais e do estroma Angiogênese a partir de EPCs: O VEGF induz a migração das EPC da medula óssea e aumenta a proliferação e diferenciação dessas células nos locais de angiogênese Angiogênese a partir de vasos pré-existentes: O VEGF estimula a sobrevivência das células endoteliais, sua proliferação e motilidade, iniciando o brotamento de novos capilares O receptor VEGFR-2 (também chamado de KDR) é o mais importante na angiogênese A VASCULOGÊNESE É MODULADA PELA VIA NOTCH: Promove a ramificação apropriada de novos vasos e impede a angiogênese excessiva, reduzindo a sensibilidade ao VEGF FATORES DE CRESCIMENTO E RECEPTORES ENVOLVIDOS NA ANGIOGÊNESE PROTEÍNAS DA MEC COMO REGULADORES DA ANGIOGÊNESE Notch 1 e Notch 4 são expressos nas células-eixo O VEGF induz o ligante Dll4 nas células da extremidade Durante a angiogênese, a célula de condução, conhecida como célula da extremidade, sofre proliferação e migração, mas as células-eixo mantêm sua conexão com o vaso existente NOVOS VASOS FORMADOS SÃO FRÁGEIS E PRECISAM SER ESTABILIZADOS, PARA ISSO É NECESSÁRIO: Recrutamento de pericitos e células musculares lisas (células periendoteliais) Deposição de proteínas da MEC PARTICIPAM DO PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO: Angiopoietinas 1 e 2 (Ang1 e Ang2) Ang1 interage com um receptor nas células endoteliais, chamado Tie2, recrutando as células periendoteliais. Ang2 também interage com Tie2 e torna as células endoteliais mais responsivas, tanto ao VEGF quanto a inibidores da angiogênese PDGF Participa do recrutamento das células musculares lisas TGF-β Estabiliza os vasos neoformados, aumentando a produção de proteínas da MEC A motilidade e a migração direcionada das células endoteliais são componentes-chave para a angiogênese. Esses processos são controlados por várias classes de proteínas, incluindo: Integrinas, particularmente αvβ3, que é crítica na formação e manutenção de vasos sanguíneos neoformados Proteínas matricelulares, incluindo trombospondina 1, SPARC e tenascina C, que desestabilizam as interações entre células e matriz e, portanto, promovem a angiogênese Proteinases, como os ativadores de plasminogênio e as MMP, que são importantes na remodelagem do tecido durante a invasão endotelial Além disso, essas proteinases clivam proteínas extracelulares, liberando fatores de crescimento ligados à matriz, como o VEGF e o FGF-2, que estimulam a angiogênese Nas células endoteliais, a expressão da integrinaαvβ3 é estimulada pela hipoxia e tem múltiplos efeitos na angiogênese: ela interage com a metaloproteinase MMP-2, liga-se ao VEGFR-2 e regula sua atividade, e medeia a adesão aos componentes da MEC, como fibronectina, trombospondina e osteopontina (OPN) CURA DE FERIDAS CUTÂNEAS A CURA DE FERIDAS CUTÂNEAS É DIVIDIDA EM TRÊS FASES: 1- INFLAMAÇÃO: lesão inicial provoca adesão e agregação das plaquetas, formando umcoágulo na superfície da ferida, levando à inflamação 2- PROLIFERAÇÃO: Há a formação do tecido de granulação, proliferação e migração de células do tecido conjuntivo e reepitelização da superfície da ferida 3- MATURAÇÃO: envolve a deposição de MEC, o remodelamento do tecido e a contração da ferida Essas fases se sobrepõem e sua separação é arbitrária, porém ajudam a entender a sequência de eventos que ocorrem na cura de feridas na pele CURA POR PRIMEIRA INTENÇÃO ou CURA POR UNIÃO PRIMÁRIA CURA POR SEGUNDA INTENÇÃO ou CURA POR UNIÃO SECUNDÁRIA 24h 3-7 dias Semanas 24h 3-7 dias Semanas É o tipo mais simples de reparo de ferida cutânea, ocorre reparo de uma incisão cirúrgica limpa não infectada, aproximada por suturas cirúrgicas A ferida provoca pouca perda de tecido: morte de um número limitado de células epiteliais e células do tecido conjuntivo, bem como ruptura da continuidade da membrana basal Pouco tecido de granulação Cicatriz fina Processo de reparo mais complicado. Ocorre em feridas de excisão que criam grandes defeitos na superfície da pele, provocando perda excessiva de células e tecidos. Reação inflamatória mais intensa Muito tecido de granulação Cicatriz substancial: ocorre pela extensa deposição de colágeno e a cicatriz geralmente se contrai APESAR DESSAS DIFERENÇAS, OS MECANISMOS BÁSICOS DA CURA POR UNIÃO PRIMÁRIA (PRIMEIRA INTENÇÃO) E UNIÃO SECUNDÁRIA (SEGUNDA INTENÇÃO) SÃO SEMELHANTES CURA DE FERIDAS CUTÂNEAS 1. Formação do Coágulo Sanguíneo 2. Formação do Tecido de Granulação 3. Proliferação Celular e Deposição de Colágeno 4. Formação da Cicatriz 5. Contração da Ferida 6. Remodelamento do Tecido Conjuntivo 7. Recuperação da Força Tênsil SEQUÊNCIA DE EVENTOS DA CICATRIZAÇÃO: FATORES DE CRESCIMENTO E CITOCINAS ENVOLVIDOS NA CURA DE FERIDAS CUTÂNEAS QUIMIOTAXIA DE MONÓCITOS Quimiocinas, TNF, PDGF, FGF, TGF-β MIGRAÇÃO/REPLICAÇÃO DE FIBROBLASTOS PDGF, EGF, FGF, TGF-β, TNF, IL-1 REPLICAÇÃO DE CERATINÓCITOS HB-EGF, FGF-7, HGF ANGIOGÊNESE VEGF, angiopoietinas, FGF SÍNTESE DE COLÁGENO TGF-β, PDGF SECREÇÃO DE COLAGENASE PDGF, FGF, TNF; inibe TGF-β FORMAÇÃO DO COÁGULO SANGUÍNEO1 FORMAÇÃO DO TECIDO DE GRANULAÇÃO2 PROLIFERAÇÃO CELULAR E DEPOSIÇÃO DE COLÁGENO3 A ferida causa a rápida ativação das vias de coagulação, que resultam na formação de um coágulo sanguíneo na superfície da ferida O coágulo detém o sangramento Libera fatores de crescimento, citocinas e quimiocinas que atraem células para o local Além das hemácias capturadas, o coágulo contém: Fibrina Fibronectina Componentes do complemento Dentro de 24 horas, neutrófilos aparecem nas bordas da incisão e migram para o coágulo, usando o arcabouço produzido pela fibrina. Esses neutrófilos liberam enzimas proteolíticas que removem os restos necróticos e bactérias O tecido de granulação é um tipo especializado de tecido formado pela proliferação de fibroblastos e células endotelias, formado durante as primeiras 24-72h do processo de reparo Aparência granular, rósea e macia, na superfície das feridas Características histológicas: Angiogênese Proliferação de fibroblastos Edema (novos vasos são permeáveis) CICATRIZ MADURACICATRIZ IMATURA -Numerosos vasos sanguíneos -Edema -MEC frouxa contendo algumas células inflamatórias Quantidade mínima de colágeno maduro Colágeno denso Canais vasculares espalhados A QUANTIDADE DE TECIDO DE GRANULAÇÃO QUE É FORMADO DEPENDE DO TAMANHO DO DEFEITO NO TECIDO CRIADO PELA FERIDA E DA INTENSIDADE DA INFLAMAÇÃO Dentro de 48-96h, os neutrófilos são amplamente substituídos por macrófagos Os macrófagos representam os constituintes celulares-chave do reparo tecidual, removendo resíduos extracelulares, fibrina e outros materiais estranhos do local de reparo e promovendo angiogênese e deposição de MEC Macrófagos produzem fatores que agem sobre FIBROBLASTOS: Migração TNF, PDGF, TGF-β e FGF Proliferação PDGF, EGF, TGF-β, FGF e as citocinas IL-1 e TNF Fibroblastos produzem FGF-7 e IL-6 aumentam a migração e a proliferação dos ceratinócitos. Outros mediadores de reepitelização são o HGF e HB-EGF Simultaneamente à epitelização, as fibrilas colágenas tornam- se mais abundantes e começam a formar pontes na incisão O TGF-β é o agente fibrogênico mais importante, e é produzido pela maioria das células do tecido de granulação CURA DE FERIDAS CUTÂNEAS FORMAÇÃO DA CICATRIZ4 CONTRAÇÃO DA FERIDA5 REMODELAMENTO DO TECIDO CONJUNTIVO6 RECUPERAÇÃO DA FORÇA TÊNSIL7 Durante a segunda semana o infiltrado leucocitário, o edema e o aumento da vascularização desaparecem. Inicia-se o empalidecimento, devido ao acúmulo de colágeno na área da ferida e a regressão dos canais vasculares O arcabouço de tecido de granulação original é convertido em uma cicatriz avascular e pálida, composta de: Fibroblastos fusiformes Colágeno denso Fragmentos de tecido elástico Outros componentes da MEC NO FIM DO PRIMEIRO MÊS, A CICATRIZ CONSISTE EM TECIDO CONJUNTIVO ACELULAR DESTITUÍDO DE INFILTRADO INFLAMATÓRIO E RECOBERTO POR EPIDERME INTACTA Geralmente ocorre em processos de cura por segunda intenção. Por se tratarem de feridas grandes, a contração ajuda a fechar a ferida diminuindo a lacuna entre suas margens dérmicas e reduzindo a área de superfície da ferida A contração envolve a formação, na margem da ferida, de uma rede de MIOFIBROBLASTOS que expressam α-actina de músculo liso e vimentina: Características ultraestruturais de células musculares lisas contraem-se na ferida Produzem grandes quantidades de componentes da MEC (colágeno tipo I, tenascina-C, SPARC e fibronectina) MACRÓFAGOS PDGF, TGF-β e FGF-2 FIBROBLASTOS MIOFIBROBLASTOS PODEM SER GERADOS TAMBÉM DE PRECURSORES NA MEDULA ÓSSEA CONHECIDOS COMO FIBRÓCITOS, OU A PARTIR DE CÉLULAS EPITELIAIS A substituição do tecido de granulação por uma cicatriz envolve alterações na composição da MEC. Uma característica importante do reparo tecidual é o equilíbrio entre síntese e degradação da MEC Fatores de crescimento estimulam a síntese de colágeno Metaloproteinases enzimas que degradam componentes da MEC − Colagenases intersticiais (MMP-1, -2 e -3) clivam o colágeno fibrilar tipos I, II e III − Gelatinases (MMP-2 e 9) degradam o colágeno amorfo, bem como a fibronectina − Estromelisinas (MMP-3, 10 e 11) agem em uma variedade de componentes da MEC (proteoglicanos, laminina, fibronectina e colágenos amorfos) − Família ADAM (ligadas à membrana) ADAM-17 cliva as formas precursoras do TNF e do TGF-α, liberando moléculas ativas INDUZ A SECREÇÃO: PDGF, FGF, IL-1, TNF INIBE A SECREÇÃO: TGF-β e esteroides Colágenos fibrilares (principalmente colágeno tipo I) formam a principal porção do tecido conjuntivo nos locais de reparo e são essenciais para o desenvolvimento da força tênsil nas feridas em cicatrização RESISTÊNCIA DA FERIDA: 1 semana após 10% daquela apresentada pela pele intacta Nas 4 semanas seguintes, a resistência aumenta rápido 3 meses após o aumento começa a ser menor, e alcança um platô de cerca de 70% a 80% da força tênsil da pele intacta O ACÚMULO DE COLÁGENO DEPENDE NÃO APENAS DO AUMENTO DE SÍNTESE, MAS TAMBÉM DA DIMINUIÇÃO DE DEGRADAÇÃO A RECUPERAÇÃO DA FORÇA TÊNSIL RESULTA DE: Síntese do Colágeno > Degradação (primeiros 2 meses) Depois disso, a síntese de colágeno cessa e ocorrem modificações estruturais das fibras colágenas (ligação cruzada e aumento do tamanho das fibras) CURA DE FERIDAS CUTÂNEAS FATORES LOCAIS E SISTÊMICOS QUE INFLUENCIAM A CURA DE FERIDAS: NUTRIÇÃO A deficiência de proteína e de vitamina C inibe a síntese de colágeno e retardam acicatrização ESTADO METABÓLICO O diabetes melito está associado ao atraso da cicatrização, como consequência demicroangiopatia, característica frequente desta doença ESTADO CIRCULATÓRIO O suprimentosanguíneo inadequado, causado por arterioesclerose ou por anomalias venosas (ex: veias varicosas) que retardam a drenagem venosa, também compromete a cura HORMÔNIOS Glicocorticoides possuem efeitos anti-inflamatórios que influenciam várioscomponentes da inflamação, além de inibirem a síntese de colágeno INFECÇÃO Retarda a cura porque resulta em lesão e inflamação persistentes FATORES MECÂNICOS Por exemplo, o movimento precoce das feridas, podem retardar a cura, porcompressão dos vasos sanguíneos e separação das margens da ferida CORPOS ESTRANHOS Por exemplo, suturas desnecessárias ou fragmentos de aço, vidro, ou até mesmoosso, constituem impedimento para a cura CARACTERÍSTICAS DA FERIDA O tamanho, a localização e o tipo de ferida influenciam no processo de cura: Feridas em áreas ricamente vascularizadas, como a face, cicatrizam mais rapidamente do que aquelas situadas em áreas mal vascularizadas, como o pé Pequenas lesões incisionais cicatrizam mais rápido e com menor formação de cicatriz do que as grandes feridas excisionais Complicações na cura de feridas podem surgir de anormalidades em qualquer um dos componentes básicos do processo de reparo. Essas aberrações podem ser agrupadas em três categorias: ASPECTOS PATOLÓGICOS DO REPARO FORMAÇÃO DEFICIENTE DA CICATRIZ FORMAÇÃO EXCESSIVA DOS COMPONENTES DO REPARO FORMAÇÃO DE CONTRATURAS1 2 3 A FORMAÇÃO INADEQUADA DO TECIDO DE GRANULAÇÃO OU A ORGANIZAÇÃO DA CICATRIZ PODE LEVAR A DOIS TIPOS DE COMPLICAÇÕES: 1- Deiscência da ferida 2- Ulceração Abertura total ou parcial na incisão operatória. Vômitos, tosse ou íleo podem produzir um estresse mecânico sobre a ferida abdominal Lesão aberta. Feridas podem ulcerar em consequência de uma vascularização inadequada durante a cura QUANTIDADES EXCESSIVAS DE COLÁGENO PODEM GERAR: 1- Cicatrizes hipertróficas 2- Queloides Cicatriz saliente. Se limita às margens da ferida original. Se desenvolvem após lesão traumática ou térmica, envolvendo as camadas mais profundas da derme A cicatriz cresce além das margens da ferida original, sem regredir -Mais comum em negros O COLÁGENO É PRODUZIDO PELOS MIOFIBROBLASTOS, QUE PERSISTEM NA LESÃO ATRAVÉS DA PRODUÇÃO AUTÓCRINA DE TGF-β E DO ESTABELECIMENTO DE ADESÕES FOCAIS *Granulação exuberante (excesso de tecido de granulação, bloqueia a reepitelização) *Desmoide (excesso de fibroblastos e outros elementos do tecido conjuntivo) O EXAGERO NO PROCESSO DE CONTRAÇÃO ORIGINA A CONTRATURA E RESULTA EM DEFORMIDADES DA FERIDA E DOS TECIDOS CIRCUNDANTES -São particularmente propensas a desenvolver-se nas palmas das mãos, plantas dos pés e face anterior do tórax -Comumente observadas após queimaduras graves e podem comprometer o movimento das articulações FIBROSE FIBROSE = Deposição excessiva de colágeno e outros componentes da MEC em um tecido CICATRIZ e FIBROSE são usados alternadamente, mas fibrose indica, mais frequentemente, a deposição de colágeno em doenças crônicas A persistência da lesão leva à inflamação crônica, que está associada a proliferação e ativação de macrófagos e linfócitos e com produção de uma gama de fatores de crescimento fibrogênicos e inflamatórios, além das citocinas: SE EXISTE ALGUM AGENTE INVASOR, A PRIMEIRA COISA QUE O ORGANISMO QUER FAZER É DESTRUIR ESSA DESGRAÇA, DEPOIS CURAR A LESÃO QUE FICAR: 1- Macrófagos são ativados classicamente (M1): Efetivos em ingerir e destruir micróbios e tecidos mortos Induzidos por citocinas produzidas por L TH1: IFN-γ e TNF 2- Macrófagos são ativados alternativamente (M2): Suprimem as atividades microbicidas e funcionam remodelando os tecidos e promovendo a angiogênese e formação de cicatriz Induzidos por citocinas produzidas por L TH2, mastócitos e eosinófilos: IL-4 e IL-3 Produzem TGF-β e outros fatores de crescimento envolvidos no processo de reparo CÉLULAS QUE PRODUZEM COLÁGENO SOB A ESTIMULAÇÃO DO TGF-β PODEM VARIAR DEPENDENDO DO TECIDO: Na fibrose dos rins e pulmões miofibroblastos Na cirrose hepática células estreladas A persistência do estímulo na inflamação crônica ativa macrófagos e linfócitos, levando à produção de fatores de crescimento e citocinas, que aumentam a síntese de colágeno A deposição de colágeno é aumentada pela redução da atividade das metaloproteinases É UM IMPORTANTE AGENTE FIBRINOGÊNICO!!! — Induz a migração e proliferação de fibroblastos — Aumenta a síntese de colágeno e fibronectina — Diminui a degradação da MEC devido à inibição das metaloproteinases CONSIDERAÇÕES FINAIS Como a fibrose produz grave disfunção orgânica, grandes esforços são feitos no sentido de se desenvolver agentes antifibróticos de uso clínico: Inibidores de sinalização do TGF-β Inibidores da angiogênese Antagonistas dos receptores Toll-like Antagonistas do receptor tipo chamariz IL-13Rα2, que bloqueia a IL-13 Os distúrbios fibróticos incluem diversas doenças: Cirrose hepática Esclerose sistêmica Doenças fibrosantes do pulmão (fibrose pulmonar idiopática, pneumoconioses e fibrose pulmonar induzida por radiação e por droga) Pancreatite crônica Glomerulonefrite Pericardite constritiva REPARO, REGENERAÇÃO E FIBROSE APÓS LESÃO E INFLAMAÇÃO: [?] CURIOSIDADE: Feridas cutâneas fetais curam sem formação de cicatriz, mas ninguém sabe explicar o porquê até hoje. Diversos fatores têm sido propostos como promovendo o reparo sem cicatriz, incluindo a secreção de formas não fibrogênicas do TGF-β, a carência de osteopontina e a ausência de resposta de TH2, porém nenhum resultado defi nitivo foi obtido
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