Pesquisadores biomédicos da Texas A&M University relatam que podem ter encontrado uma maneira de interromper ou até mesmo reverter a perda de energia celular causada por lesões e envelhecimento. Se estudos futuros confirmarem os resultados, a descoberta poderá levar a grandes mudanças na forma como a medicina trata uma variedade de doenças.
Akhilesh K. Gaharwar, Ph.D., e o estudante de doutorado John Soukar, juntamente com colegas do Departamento de Engenharia Biomédica, inventaram uma tecnologia para fornecer mitocôndrias frescas às células lesionadas. Ao reabastecer esses minúsculos geradores de energia, o método pode restaurar a produção de energia aos níveis anteriores e melhorar significativamente a saúde geral das células.
O declínio mitocondrial está associado ao envelhecimento, doenças cardíacas e várias doenças neurodegenerativas. Em princípio, estratégias que melhorem a capacidade natural do corpo para substituir mitocôndrias desgastadas poderiam ajudar a resolver todas estas questões de uma só vez.
À medida que as células humanas envelhecem ou são danificadas por doenças degenerativas, como a doença de Alzheimer, ou pela exposição a substâncias nocivas, como medicamentos quimioterápicos, a sua capacidade de produzir energia diminui constantemente. Uma das principais razões é a redução do número de mitocôndrias, as pequenas estruturas semelhantes a órgãos dentro das células que fornecem a maior parte da energia utilizada pelas células. Seja no tecido cerebral, no músculo cardíaco ou em outros órgãos, a perda de mitocôndrias faz com que as células se tornem mais fracas, menos saudáveis e, em última análise, deixem de ser capazes de desempenhar as suas funções importantes.
Nanoflores transformam células-tronco em doadores mitocondriais
O estudo foi publicado em Anais da Academia Nacional de Ciênciascombina partículas microscópicas em forma de flor chamadas nanoflores com células-tronco. Quando as células-tronco foram expostas a essas nanoflores, elas começaram a produzir aproximadamente o dobro de mitocôndrias do normal. Quando células-tronco fortalecidas são colocadas próximas a células danificadas ou senescentes, elas passam o excesso de mitocôndrias para as células danificadas vizinhas.
Uma vez adquiridas novas mitocôndrias, as células anteriormente danificadas são capazes de retomar a produção de energia e as atividades normais. Estas células ressuscitadas não só exibiam níveis de energia mais elevados, como também eram mais resistentes à morte celular, mesmo que fossem posteriormente tratadas com tratamentos prejudiciais, como a quimioterapia.
“Treinamos células saudáveis para partilharem as suas baterias de reserva com células mais fracas”, disse Gharwal, professor de engenharia biomédica. “Ao aumentar o número de mitocôndrias nas células do doador, podemos ajudar a rejuvenescer células envelhecidas ou danificadas – sem quaisquer modificações genéticas ou medicamentos”.
Embora as células sejam naturalmente capazes de trocar um pequeno número de mitocôndrias, as células-tronco tratadas com nanoflores (que a equipe chama de biofábricas mitocondriais) transferiram duas a quatro vezes mais mitocôndrias do que as células-tronco não tratadas.
“A eficiência aumentou várias vezes, superando as nossas expectativas”, disse Soukar, principal autor do artigo. “É como dar uma bateria nova a um dispositivo eletrônico antigo. Em vez de jogá-la fora, inserimos uma bateria totalmente carregada de uma célula saudável em uma célula doente.”
Faça a terapia mitocondrial durar mais
Os pesquisadores tentaram outros métodos para aumentar o número de mitocôndrias dentro das células, mas muitas vezes apresentam desvantagens. As abordagens baseadas em medicamentos dependem de pequenas moléculas que saem das células de forma relativamente rápida, pelo que os pacientes podem necessitar de tratamentos frequentes e repetidos para manter os efeitos. Em contraste, nanopartículas maiores (aproximadamente 100 nanômetros de diâmetro) permanecem dentro da célula e continuam a estimular a produção mitocondrial de forma mais eficiente. Portanto, os tratamentos baseados nesta tecnologia de nanoflores podem precisar ser administrados apenas uma vez por mês.
“Este é um passo inicial, mas emocionante, para recarregar o tecido envelhecido usando seus próprios mecanismos biológicos”, disse Ghawal. “Se pudermos melhorar com segurança este sistema natural de partilha de energia, ele poderá um dia ajudar a abrandar ou mesmo reverter alguns dos efeitos do envelhecimento celular”.
Aplicações de nanopartículas de dissulfeto de molibdênio em biomedicina
As nanoflores são feitas de dissulfeto de molibdênio, um composto inorgânico que pode formar muitas formas bidimensionais diferentes em escalas muito pequenas. O laboratório de Gharwal é um dos poucos grupos de pesquisa que estudam como o dissulfeto de molibdênio pode ser usado para fins biomédicos.
As células estaminais já desempenham um papel central na investigação de ponta na reparação e regeneração de tecidos. O uso de nanoflores para melhorar o desempenho das células-tronco pode representar um passo importante para tornar essas células mais eficazes em tratamentos futuros.
Uma abordagem versátil que funciona em diversas organizações
Um dos aspectos mais promissores desta tecnologia é a sua flexibilidade. Embora a abordagem ainda esteja em seus estágios iniciais e precise de mais testes, ela poderia, teoricamente, ser usada para tratar a perda de função em muitos tecidos diferentes do corpo.
“Você pode colocar as células em qualquer lugar do corpo do paciente”, disse Suka. “Portanto, para cardiomiopatias, você pode tratar as células do músculo cardíaco diretamente – colocar as células-tronco diretamente no coração ou perto dele. Se você tem distrofia muscular, pode injetá-las diretamente no músculo. Isso é muito promissor em termos de poder ser usado em uma variedade de casos, e isso é apenas o começo. Podemos trabalhar nisso para sempre, e todos os dias descobrimos coisas novas e novos tratamentos para a doença.”
O projeto recebeu apoio financeiro dos Institutos Nacionais de Saúde, da Fundação Welch, do Departamento de Defesa e do Instituto de Pesquisa e Prevenção do Câncer do Texas. Apoio adicional veio do Fundo para Excelência do Presidente da Texas A&M University e do Texas A&M Health Science Center Seedling Grant. Os principais colaboradores incluem os pesquisadores da Texas A&M, Dr. Irtisha Singh, Dr.
