Os avanços nas células-tronco podem aumentar a regeneração e a plasticidade dos neurônios cerebrais

Os mecanismos cerebrais para reparar lesões causadas por traumas ou doenças degenerativas ainda não são conhecidos em detalhes. Agora, um estudo da Universidade de Barcelona descreve uma nova estratégia baseada na terapia com células estaminais que poderia melhorar a regeneração neuronal e a neuroplasticidade quando este órgão vital é danificado.

Os resultados revelam que o uso do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), combinado com terapias celulares baseadas em células-tronco, poderia ajudar no tratamento de doenças neurodegenerativas ou lesões cerebrais.

O estudo, publicado no Revista Internacional de Ciências Molecularesé liderado pelo professor Daniel Tornero e pela pesquisadora Alba Ortega, da Faculdade de Medicina e Ciências da Saúde e do Instituto de Neurociências da Universidade de Barcelona (UBneuro).

O estudo conta com a participação decisiva de um grupo de alunos da UB que conquistou uma das medalhas de ouro no concurso internacional de biologia sintética iGEM 2024, um concurso internacional de biologia sintética para jovens investigadores.

Combinando terapia celular com produção de BDNF

O BDNF é uma proteína sintetizada principalmente no cérebro e desempenha um papel fundamental no desenvolvimento neuronal e na plasticidade sináptica. Vários estudos descreveram o seu potencial para promover a sobrevivência e o crescimento neuronal, descobertas que são agora ampliadas pelo novo estudo.

“As descobertas indicam que o BDNF pode promover a maturação e aumentar a atividade dos neurônios gerados em laboratório a partir de células da pele do doador. As células da pele devem primeiro ser reprogramadas para se tornarem células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) e depois diferenciadas para obter culturas neuronais”, diz Tornero, do Departamento de Biomedicina da UB e da Área CIBER para Doenças Neurodegenerativas (CIBERNED).

Dessa forma, o estudo combina a terapia celular com a produção de BDNF nas mesmas células. Este estudo confirma os efeitos benéficos deste factor de crescimento em culturas neuronais derivadas de células estaminais humanas, as mesmas células que são utilizadas na terapia celular para tratar, por exemplo, acidente vascular cerebral em modelos animais.

“Essa estratégia está sendo aplicada em nível experimental para projetar terapias celulares e gerar modelos laboratoriais para ajudar no estudo de doenças cerebrais”, diz Tornero. Quando essas células progenitoras neurais (NPCs) são modificadas para superexpressar continuamente a proteína BDNF, “obtemos culturas neuronais mais maduras e ativas, sem alterar a organização normal de suas conexões ou das redes funcionais”, explica Ortega.

O estudo centra-se nos aspectos mais funcionais da regeneração neuronal, como a actividade neuronal e a geração de axónios, que estão directamente envolvidos na integração das células que são transplantadas para o cérebro.

“Além disso, as células produtoras de BDNF são capazes de atrair axônios – extensões que permitem a comunicação entre os neurônios – de forma mais eficiente. Esse efeito de quimioatração estaria relacionado à produção desse fator”, afirma o pesquisador.

A capacidade do BDNF de atrair axônios em crescimento foi descrita anteriormente. Agora, a equipe mostra esse efeito pela primeira vez em neurônios derivados de células-tronco humanas usando um sistema de chip microfluídico. Esta tecnologia inovadora – com duas câmaras que isolam populações de neurónios com ou sem capacidade de produzir BDNF – permite aumentar populações de neurónios que comunicam através de pequenos canais e, assim, observar com precisão como interagem entre si.

“As células produtoras de BDNF geram um gradiente de concentração nesses canais, que acreditamos guiar e facilitar a formação de projeções neuronais em uma direção específica”, afirma o estudante Santiago Ramos, representando o grupo de estudantes que contribuiu com uma perspectiva inovadora para o desenho conceitual e experimental do estudo.

Complementando a capacidade natural do cérebro de se regenerar

As doenças neurodegenerativas e as lesões neuronais, cada vez mais frequentes na população, constituem um dos grandes desafios dos sistemas de saúde. Como a capacidade regenerativa endógena do cérebro humano é muito limitada, as lesões recuperam apenas parcialmente e os pacientes afetados ficam frequentemente com sequelas motoras e cognitivas.

Neste contexto, existe uma necessidade urgente de conceber estratégias que complementem estes mecanismos cerebrais endógenos com terapias baseadas em células estaminais humanas para promover a reparação neuronal, a integração funcional e uma recuperação mais eficiente.

Nesse sentido, a equipe pretende transferir esses resultados para modelos animais, uma linha de pesquisa desenvolvida há algum tempo neste laboratório para melhorar a terapia com células-tronco humanas em lesões de acidente vascular cerebral isquêmico que afetam o córtex cerebral.

A aplicação de avanços pré-clínicos em pacientes marcará um ponto de viragem no tratamento de muitas doenças neurodegenerativas. No entanto, ainda existem muitos obstáculos à implementação de terapias baseadas em células estaminais e à prevenção de potenciais efeitos secundários (geração de tumores, etc.). Alguns ensaios clínicos internacionais baseados no transplante de células estaminais para o tratamento de pacientes com doença de Parkinson (no Japão, na Suécia e nos Estados Unidos) apresentam resultados promissores.

“Embora existam muitos desafios, o progresso nos ensaios clínicos de Parkinson mostra que estamos mais perto do que nunca de aplicar estas terapias com segurança em pacientes com acidente vascular cerebral ou outras doenças neurodegenerativas”, concluem os especialistas.