Condutos baseados em células-tronco restauram a função do nervo facial em estudo com animais

Um gesto tão simples como um sorriso muitas vezes pode transmitir o que as palavras não conseguem. Isto é parte da razão pela qual a comunicação não-verbal é tão central para a interação humana. É também por isso que distúrbios e lesões do nervo facial podem ser devastadores.

Essas condições são normalmente tratadas com tecido nervoso retirado de outras partes do corpo do paciente, conhecidos como autoenxertos. Esta técnica para reparar nervos lesionados apresenta problemas para os pacientes, como danos à área doadora e a probabilidade de recuperação funcional ser quase um sorteio. Alternativas sintéticas foram exploradas no passado, mas ainda não corresponderam ao desempenho dos autoenxertos.

Os bioengenheiros da Universidade de Pittsburgh podem ter desenvolvido uma nova solução com a ajuda de alguns dos melhores engenheiros da natureza: as células estaminais. Aproveitando a capacidade dessas células de criar um ambiente restaurador, a equipe produziu conduítes implantáveis ​​para atuar como pontes, fornecendo orientação direcional, mecânica e bioquímica para que os nervos lesionados se regenerassem através de grandes lacunas.

Experimentos nos nervos faciais de ratos mostraram que a tecnologia combinava com os autoenxertos. Esses resultados foram publicados no Jornal de Engenharia Neural.

“Apoiámo-nos na ideia de que as células sabem o que estão a fazer e como produzir tecidos”, disse a professora de ciências orais e craniofaciais e bioengenharia Fatima Syed-Picard, Ph.D., autora sénior do estudo. “Esses tecidos projetados acabaram sendo mais biomiméticos do que muitos outros andaimes derivados sinteticamente usados ​​na engenharia de tecidos.”

Alinhando os neurônios

Para que os nervos sejam reparados, as longas projeções que se estendem dos neurônios, chamadas axônios, precisam crescer novamente e se reconectar ao tecido apropriado. Com os autoenxertos, o primeiro é lento e o segundo não é garantia, pois muitos pacientes apresentam atividade muscular indesejada devido ao crescimento de nervos que se conectam ao tecido errado.

Os pesquisadores utilizaram populações de células específicas para acelerar o crescimento, como células de suporte neural e células-tronco, que produzem biomoléculas que auxiliam na regeneração do tecido neural. Para orientar o tecido em crescimento para que os axônios atinjam os alvos adequados, os pesquisadores projetaram estruturas de tecido sintético com características, como ranhuras, que atuam como guias para a regeneração dos neurônios.

“É difícil incorporar e distribuir células uniformemente em estruturas sintéticas sem danificá-las. Outra preocupação é tentar fazer com que essas estruturas correspondam à complexidade estrutural do tecido inato”, disse a primeira autora Michelle Drewry, Ph.D., que conduziu esta pesquisa enquanto um estudante de pós-graduação na Universidade de Pittsburgh.

Muitos tipos de células no corpo frequentemente formam ou remodelam a estrutura biomolecular que os rodeia, conhecida como matriz extracelular (MEC). Assim, em vez de criarem eles próprios estruturas de tecido a partir do zero, os investigadores pensaram que seria melhor deixar as células fabricarem as suas próprias estruturas.

Os autores do estudo testaram esta hipótese com células-tronco da polpa dentária (DPSCs), uma população de células resistentes e prontamente disponíveis que produzem proteínas conhecidas por estimular o crescimento dos nervos. Depois de extrair essas células de dentes do siso adultos fornecidos pela Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Pittsburgh, os pesquisadores as colocaram em prática.

Eles queriam dar aos DPSCs a liberdade de criar ECM, mas, ao mesmo tempo, incentivá-los a criar um ambiente propício ao suporte de axônios alinhados. Para conseguir isso, os pesquisadores fabricaram moldes de borracha com fileiras de ranhuras de 10 micrômetros de largura e depois os cobriram com DPSCs. Após vários dias, os DPSCs secretaram MEC alinhada ao seu redor, formando finas folhas biológicas. Os autores então retiraram as folhas dos moldes de borracha e enrolaram-nas em conduítes cilíndricos.

Os pesquisadores usaram essa abordagem para fazer um tipo de curativo em um estudo anterior, que regenerou com sucesso os axônios de um nervo esmagado. Com seu novo trabalho, eles procuraram superar o obstáculo maior de usar o conduto para preencher uma lacuna de 5 milímetros no nervo facial de ratos – um defeito tão grande que o nervo não seria capaz de curar sozinho.

Especificamente, eles implantaram seus condutos alinhados em lacunas feitas no ramo bucal do nervo facial. Para efeito de comparação, a equipe também implantou autoenxertos em outro grupo de ratos.

“O ramo bucal é a parte do nervo facial que ajuda a sorrir. É uma grande parte da sua qualidade de vida porque é uma grande parte de como você se comunica com outras pessoas e como você é visto no mundo. nervo pode ter um efeito de mudança de vida”, disse Drewry.

Atravessando a ponte

Doze semanas após a implantação, os autores avaliaram o quão bem os axônios haviam se regenerado, principalmente por meio de histologia. Eles descobriram que seus conduítes feitos de células continham axônios regenerados em todo o seu comprimento. E, em geral, a densidade e o número de axônios foram semelhantes aos encontrados nos autoenxertos.

Indicadores de axônios em desenvolvimento prevaleceram nos condutos, sugerindo que a regeneração pode ter sido mais robusta com o tempo adicional, observou Drewry.

Mas será que todo esse tecido regenerado se traduziu em melhoria da função? Para descobrir, os autores estimularam eletricamente os nervos de uma extremidade e mediram o movimento dos bigodes dos animais do outro lado. Os testes mostraram que os movimentos dos ratos implantados com condutos estavam no mesmo nível daqueles tratados com autoenxertos.

O laboratório de Syed-Picard pretende compreender melhor o papel que a MEC e as células desempenham na cura e depois usar essa informação para melhorar a sua tecnologia. Por exemplo, além de estimular diretamente o novo crescimento, os condutos também podem ajudar, diminuindo a inflamação, explicou Syed-Picard.