Uso de terapia regenerativa com células-tronco da medula óssea em doenças cardiovasculares: perspectiva do hematologista

Regenerative therapy using bone marrow stem cells in cardiovascular diseases: the perspective of the hematologist

TENDÊNCIAS TRENDS

Uso de terapia regenerativa com células-tronco da medula óssea em doenças cardiovasculares – perspectiva do hematologista

Regenerative therapy using bone marrow stem cells in cardiovascular diseases - The perspective of the hematologist

Augusto C. A. Mota^I; Milena B. P. Soares^II; Ricardo R. Santos^II

^IHospital Santa Izabel da Santa Casa de Misericórdia da Bahia

^IICentro de Pesquisas Gonçalo Moniz, Fiocruz/BA

^{Correspondência para}

RESUMO

O desenvolvimento de técnicas de transplante de órgãos sólidos e de medula óssea foi um dos mais fascinantes avanços da medicina no século XX. A virada do século XXI testemunha um desdobramento também fascinante e promissor desta modalidade terapêutica: o uso de células-tronco para regenerar tecidos lesados outrora considerados irreparáveis. Resultados encorajadores de inúmeros estudos com animais de experimentação impulsionaram grupos de diversos centros no mundo a iniciar estudos clínicos com transplante de células-tronco em várias doenças, particularmente as doenças cardiovasculares e neurológicas. Embora ainda estejamos algo distante de entender o mecanismo preciso pelo qual as células-tronco regeneram órgãos lesados, os estudos publicados até o presente momento, incluindo vários estudos envolvendo seres humanos, sugerem haver um benefício real com esta terapia. O presente artigo pretende abordar os aspectos relevantes da terapia celular em doenças cardiovasculares, incluindo conceitos básicos sobre células-tronco, e os principais estudos de animais de experimentação e clínicos publicados até o presente.

Palavras-chave: Células-tronco; terapia celular; doenças cardiovasculares.

ABSTRACT

Solid organ and bone marrow transplantation were two of the most fascinating treatment modalities developed in the second half of the past century. At the turn of the 21st century the use of stem cells emerge as a potential therapeutic option for diseases previously thought to be irreversible. The promising results of animal studies paved the way for several groups all around the world to investigate the role of stem cell therapy in the clinical setting. The results of these clinical trials have been published over the last couple of years, most of which dealing with cardiovascular and neurological disorders. The results of the trials published thus far are encouraging (both animal and clinical) and suggest that there may be a real benefit with this therapy, yet we are still considerably distant from a reasonable understanding of the mechanism of tissue repair by stem cells. The present article will briefly review relevant aspects of the so called regenerative medicine, focusing on cardiovascular disorders.

Key words: Stem cell; cell therapy; cardiovascular disease.

Introdução

A segunda metade do século XX foi marcada por fantásticos progressos na área médica, particularmente com relação a novos métodos diagnósticos e novas modalidades terapêuticas. Dentre os inúmeros avanços terapêuticos testemunhados, um dos mais notáveis foi o progresso na área de transplante de órgãos e, em particular, o emprego de células-tronco para a regeneração do sistema hematopoético. Tendo como base experimentos utilizando modelos animais,¹ as experiências clínicas iniciais com a restauração da hematopoese através da infusão de células-tronco hematopoéticas² conduziram ao emprego já bem estabelecido de transplante de medula óssea no tratamento de várias doenças hematológicas benignas^3-5 e malignas,^6,7 bem como para alguns tumores sólidos.⁸ O reconhecimento do impacto desta nova modalidade terapêutica culminou com a concessão do Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 1990 a Joseph Murray e E Donall Thomas, pioneiros em transplante de órgãos e células.

Na virada do século XXI, um desdobramento da terapia de transplante de órgãos e células ganhou uma nova dimensão. Diferentemente dos conceitos existentes até então (órgãos inteiros sendo substituídos no caso dos transplantes de órgãos, ou células utilizadas para recompor a medula óssea após mieloablação com altas doses de quimioterapia, no caso do transplante de medula óssea), a terapia celular ou terapia regenerativa traz consigo um novo conceito de alterar o curso de lesões orgânicas. Através do uso de células-tronco provenientes de diferentes fontes, tem sido possível, pelo menos nos estudos iniciais já publicados, reverter quadros patológicos que outrora eram considerados irreversíveis. O presente artigo pretende rever os conceitos básicos desta nova modalidade terapêutica, bem como fazer uma sinopse dos dados clínicos já existentes na área de doenças cardiovasculares.

Células-tronco

As células-tronco são células indiferenciadas que têm a capacidade de se diferenciar em células altamente especializadas, ao mesmo tempo em que conseguem se manter no estado indiferenciado. O mecanismo pelo qual as células-tronco conseguem realizar esta dupla função (diferenciação mantendo uma reserva de células indiferenciadas) ainda não está completamente elucidado, embora alguns aspectos importantes já sejam conhecidos. Por exemplo, estudos utilizando tecnologia de análise genética com microchips (microarray) têm permitido, baseados no padrão de expressão gênica destas células, identificar algumas características básicas responsáveis pela manutenção do estado indiferenciado, que incluiriam a capacidade de responder ao hormônio do crescimento e à trombina, a integração com a matriz extracelular via integrina a₆-b₁, a alta resistência ao estresse através do aumento da expressão de enzimas de reparo de DNA, entre outras.⁹ Além disso, várias proteínas de sinalização extracelular diferentes têm sido identificadas como tendo papel importante na manutenção do estado indiferenciado das células-tronco, tais como Bmi-1,¹⁰ Notch e Wnt,¹¹ Tie2/Angiopoietina-1¹² e Oct4.¹³

Células-tronco embrionárias

As células-tronco embrionárias são obtidas da massa celular interna do embrião e possuem a capacidade de se diferenciar em tipos celulares dos três folhetos embrionários (endoderma, mesoderma e ectoderma) tanto in vitro^14,15 quanto in vivo,¹⁶ o que demonstra a sua pluripotencialidade. O isolamento de células-tronco embrionárias humanas foi reportado pela primeira vez em 1998,¹⁷ e desde então tem sido observado um crescimento exponencial no número de experimentos com estas células, envolvendo melhoria nas condições de cultura,¹⁸ manipulação genética¹⁹ e indução de diferenciação em diferentes tecidos.^20-22 Apesar de serem consideradas as mais promissoras das células-tronco em função da sua pluripotencialidade, o conhecimento atual ainda não permite a produção de derivados de células-tronco embrionárias suficientemente puros e funcionais para uso clínico em terapia regenerativa, existindo o perigo real de formação de tumores resultantes da diferenciação desorganizada destas células.²³ Além disso, o uso terapêutico destas células tem gerado embates éticos calorosos, justamente em função do fato de as células serem obtidas de embriões humanos.²⁴

Células-tronco de cordão umbilical

O sangue de cordão umbilical é rico em células-tronco, o que tem permitido a sua utilização clínica como fonte alternativa à medula óssea em transplante de medula óssea tanto em crianças²⁵ quanto em adultos.^26,27 Estudos recentes têm demonstrado que estas células possuem também um potencial regenerador de tecidos lesados, como demonstrado em modelos experimentais de infarto agudo do miocárdio^28,29 e de acidente vascular cerebral.³⁰ Embora haja ainda um longo caminho a ser trilhado em relação à expansão in vitro destas células com o intuito de se obter um número maior para a sua utilização em transplantes e em terapias celulares, dados recentes indicam que elas poderão ser cultivadas e modificadas geneticamente in vitro com este propósito.³¹ O fato de serem mais facilmente obtidas, a partir de um material que é normalmente descartado, torna sua utilização menos controversa do ponto de vista ético, embora este aspecto ainda esteja longe de ser um ponto pacífico.³²

Células-tronco de medula óssea

Estas células são de especial interesse para a medicina regenerativa. Existem evidências substanciais de que células-tronco da medula óssea circulam para o sangue periférico e de volta para a medula óssea, em um processo fisiológico estreitamente regulado por uma complexa interação de citocinas.^33,34 Observações recentes de quimerismo cardíaco após transplante de medula óssea podem ser em parte explicadas por este fenômeno fisiológico.^35,36 Além disso, evidências indicam que células-tronco, possivelmente originadas da medula óssea, circulam no sangue periférico e se dirigem para tecidos lesados tanto no contexto de doenças hematológicas³⁷ quanto não hematológicas.³⁸ Além de todos estes atributos, as células-tronco da medula óssea são obtidas de maneira relativamente fácil, tornando-as excelentes candidatas na utilização em terapias regenerativas. Os trabalhos utilizando terapias com células de medula óssea serão discutidos mais extensamente a seguir.

Terapias com células-tronco de medula óssea

O estudo de terapias com células-tronco no reparo de tecidos ou órgãos lesados em pacientes portadores de doenças crônico-degenerativas é bastante recente. A primeira descoberta da capacidade das células-tronco de medula óssea em se diferenciarem em células mais especializadas foi reportada em 1998. Em um modelo experimental de lesão muscular induzida quimicamente em camundongos scid/bg, Ferrari e colaboradores demonstraram que células-tronco (precursores miogênicos) da medula óssea de animais adultos podiam migrar para a região muscular lesada e se diferenciar em músculo esquelético.³⁹ Desde esta descoberta, vários outros grupos publicaram evidências de diferenciação de células-tronco de medula óssea de animais adultos em cardiomiócitos,⁴⁰ células neurais,^41,42 hepatócitos^43,44 dentre outras.⁴⁵ Estes achados sinalizavam para uma mudança de paradigma, em que tecidos considerados pós-mitóticos (ou seja, sem capacidade regenerativa) poderiam ser reparados por células precursoras provenientes possivelmente da medula óssea. Por não envolver as mesmas questões filosóficas, éticas e religiosas observadas com a utilização de células-tronco embrionárias, a utilização de células de medula óssea de indivíduos adultos abriu um novo horizonte na medicina reparadora, ou regenerativa, onde não há possibilidade de rejeição imunológica (já que as células são autólogas) nem a necessidade de estoque de células em bancos de tecidos (já que o estoque aparentemente é inesgotável). Mais ainda, as evidências preliminares sugerem que esta nova modalidade terapêutica poderá ser usada em uma vasta gama de doenças crônico-degenerativas, muitas das quais com opções terapêuticas limitadas (quando existentes).

Dentre as doenças crônico-degenerativas passíveis de serem tratadas com células-tronco, as doenças cardiovasculares constituem seguramente as mais extensivamente estudadas até o presente momento. O número de trabalhos envolvendo o uso de células-tronco para regenerar miocárdio (e conseqüentemente melhorar a função cardíaca) em animais de experimentação é considerável. A tabela 1 sumariza os principais estudos de células-tronco em modelos experimentais de doença cardiovascular isquêmica (modelo mais utilizado), publicados até o presente momento.

O primeiro estudo experimental sugerindo haver diferenciação de células-tronco de medula óssea em cardiomiócitos foi reportado por Orlic e colaboradores.⁴⁰ Células obtidas de medula óssea de camundongos machos transgênicos para a proteína fluorescente verde e separadas por métodos imunomagnéticos (Lin^-, c-Kit⁺) foram injetadas diretamente no miocárdio de camundongos fêmeas C57BL/6, por via transepicárdica, três a cinco horas após a oclusão da artéria coronária. Quando comparados com os animais infartados e não tratados com células-tronco, os dados mostraram melhora significativa nos animais tratados com relação aos parâmetros de função ventricular analisados, bem como com relação à espessura da parede ventricular, sugerindo que fibras musculares teriam sido formadas em função do procedimento. Além disso, a análise da expressão de alguns marcadores indicaram que as novas células formadas eram "funcionalmente competentes", incluindo a expressão de conexina 43, uma proteína responsável pela conexão inter-celular e acoplamento elétrico entre os cardiomiócitos. Depois deste estudo, vários grupos reportaram estudos animais usando células-tronco em cardiopatia isquêmica, mas os resultados têm sido controversos com relação à eficácia e à capacidade de diferenciação das células-tronco em cardiomiócitos^46-52 (Tabela 1).

Lastreados nestes resultados promissores em estudos com animais de experimentação, vários grupos iniciaram estudos empregando células-tronco em doenças cardiovasculares em seres humanos. Como pode ser observado na Tabela 2, os trabalhos envolvendo seres humanos publicados até o presente são consideravelmente mais heterogêneos do ponto de vista metodológico, quando comparado ao que se observa com os estudos de animais de experimentação. Por exemplo, as células-tronco nestes estudos têm sido obtidas das fontes mais variadas, como aspirado de medula óssea, aférese de sangue periférico após mobilização com fator de crescimento, bem como com o uso isolado de fator de crescimento. Além disso, os protocolos de separação e manipulação das células pós-coleta também têm sido bastante variados, dificultando a comparação entre os diferentes estudos. Os marcadores de superfície utilizados para caracterização das células que estão sendo infundidas também diferem entre os estudos, alguns reportando inúmeros marcadores celulares⁵³ e outros reportando apenas um marcador.⁵⁷ De maneira semelhante, os métodos de implantação das células-tronco no miocárdio têm consistido de injeção intracoronária, injeção direta miocárdica transepicárdica sob visualização direta durante cirurgia cardíaca a céu aberto, e injeção miocárdica transendocárdica guiada por mapeamento eletromecânico do coração. Esta última metodologia foi empregada em um estudo pioneiro realizado por pesquisadores do Hospital Pró-Cardíaco, no Rio de Janeiro, e da Universidade Federal do Rio de Janeiro, em colaboração com o Texas Heart Institute.⁵⁹ Neste estudo, as células foram coletadas da medula óssea de pacientes portadores de doença isquêmica crônica refratária à terapia clínica otimizada. As zonas de miocárdio hibernante identificadas pelo mapeamento eletromecânico foram escolhidas para receber ao todo 3 mL de uma suspensão de células contendo ao todo 2,5 x 10⁷ células.

Outro estudo pioneiro no Brasil na área de cardiologia foi realizado na Bahia, fruto de uma cooperação entre o Hospital Santa Izabel da Santa Casa de Misericórdia da Bahia e o Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz - Fiocruz/BA. Utilizando o modelo de cardiopatia chagásica, em que camundongos com doença de Chagas crônica foram tratados com células mononucleares de medula óssea de camundongos consangüíneos por via endovenosa, demonstrou-se uma redução significativa tanto no número de células inflamatórias como no grau de fibrose no miocárdio nos animais tratados quando comparados aos controles.⁶⁰ Estes dados sugeriam haver um papel para o uso das células-tronco obtidas da medula óssea no tratamento da doença de Chagas. Baseado nestes dados foi iniciado um estudo de fase I envolvendo pacientes portadores de ICC decorrente de miocardiopatia chagásica, em classe funcional III e IV da New York Heart Association. Estes pacientes recebiam as células-tronco diretamente na circulação coronária via cateterismo cardíaco, após exclusão de doença arterial coronariana pela coronariografia. As células mononucleares foram obtidas de cerca de 50 mL de medula óssea dos próprios pacientes, aspirados em pontos diferentes de ambas as cristas ilíacas e separadas por gradiente de densidade com Ficoll. Trinta pacientes já foram submetidos ao procedimento, não tendo sido observadas até o presente momento complicações relacionadas aos procedimentos de coleta e cateterismo cardíaco. Os resultados obtidos dos pacientes tratados e com tempo de seguimento de no mínimo seis meses (N = 10) indicam uma melhora significativa tanto na função cardíaca quanto na qualidade de vida.⁶¹

Apesar dos resultados até o momento promissores utilizando células de medula óssea em terapias celulares para cardiopatias, ainda não se sabe quais os tipos de células que são importantes para o processo de reparo dos tecidos. Da mesma forma ainda não se sabe como nem quantos fatores solúveis participam do processo de recrutamento e indução da diferenciação destas células após sua implantação nos tecidos os quais se deseja reparar. Muito ainda precisa ser esclarecido também acerca do mecanismo pelo qual as células-tronco regeneram tecidos lesados. Os dois principais mecanismos reconhecidos até o momento são a transdiferenciação e a fusão celular.^62-64 Embora alguns estudos tenham mostrado a geração de células diferenciadas a partir de células-tronco de medula óssea ou de sangue de cordão umbilical, seja por fusão celular ou transdiferenciação, a regeneração de tecidos lesados pode não depender da presença destas células no tecido lesado.

Em um estudo recente, Borlogan e colaboradores, trabalhando com modelo experimental de acidente vascular cerebral em ratos, demonstraram que células-tronco do cordão umbilical humano causam melhora funcional no déficit neurológico apesar de não migrarem para o cérebro, possivelmente através da produção de fatores tróficos neuro-protetores.⁶⁵

Evidências recentes sugerem que também em cardiopatia isquêmica a presença de células possa não ser necessária para haver a regeneração miocárdica. Gnecchi e colaboradores reportaram os resultados de um estudo experimental utilizando sobrenadante de cultura (meio condicionado) de três tipos de células mesenquimais, todas submetidas a condições de hipóxia: células não manipuladas, células com expressão do gene da proteína fluorescente verde e células com superexpressão do gene Akt. Neste modelo de cardiopatia isquêmica aguda em ratos, o meio condicionado foi injetado na área ao redor do infarto 30 minutos após a oclusão da artéria coronária. No coração dos animais tratados com meio condicionado por células mesenquimais superexpressando Akt foi observada uma redução significativa na área de infarto e no índice apoptótico, quando comparado com os animais tratados com meio condicionado procedente de culturas de células não manipuladas e de células com expressão da proteína fluoresecente verde.⁶⁶ Estas evidências mais recentes sugerem que ainda temos um longo caminho a percorrer até que tenhamos um entendimento satisfatório sobre o assunto.

Em linha com estes achados mais recentes, uma estratégia que já vem sendo testada para enriquecer a população celular a ser utilizada na terapia é o isolamento de células mesenquimais derivadas da medula óssea. Células-tronco mesenquimais são células clonogênicas não-hematopoiéticas presentes na medula óssea, capazes de se diferenciar em múltiplos tipos celulares de origem mesodérmica e não-mesodérmica. Por serem isoladas e cultivadas in vitro de maneira relativamente fácil e pelo seu potencial de diferenciação, protocolos clínicos utilizando células mesenquimais da medula óssea para o tratamento de doenças sistêmicas, implantação no sítio de tecidos lesados e como veículos para genes em terapias gênicas já estão sendo testados.⁶⁷

Considerações finais

A área de doenças cardiovasculares é hoje a mais estudada quanto ao potencial terapêutico das células-tronco de medula óssea, ainda havendo muito a ser elucidado com relação a qual seja a melhor célula, a melhor fonte, a melhor forma de implantação no miocárdio e o melhor momento na evolução de cada doença em particular. No entanto, outras áreas já estão também sendo alvo de estudos com esta fonte de células, como doenças neurodegenerativas, auto-imunes, hepatopatias e retinopatias.

Embora os resultados alcançados em várias áreas sejam animadores, pouco se sabe sobre os mecanismos de atuação destas células, quais populações celulares são importantes e quais os fatores necessários para o recrutamento e função destas células. A melhor compreensão destes fenômenos deverá contribuir para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas mais eficazes e menos invasivas para doenças crônico-degenerativas.

Avaliação: Editor e dois revisores externos.

Conflito de interesse: não declarado.

Recebido: 02/05/2005

Aceito após modificações: 10/06/2005

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Jan 2006
• Data do Fascículo
  Jun 2005

Histórico

• Aceito
  10 Jun 2005
• Recebido
  02 Maio 2005