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vencedor do concurso células estaminais
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As células que curam…A grande promessa terapêutica do século
XXI
Cláudia Belo Inês Dias
Crioestaminal Viagem ao Futuro com as Células Estaminais
1950
•Descoberta de células capazes de gerar células sanguíneas na medula óssea
1958
•1º transplante de medula óssea
1970
•Descoberta de células estaminais embrionárias no rato
1981
•1ª cultura de células estaminais embrionárias do Blastocisto do rato
1998
•Descoberta das células estaminais no embrião humano
2000
•Células estaminais embrionárias são transformadas em neurónios
2006
•Nascem 1os
ratinhos criados com espermatozóides cultivados a partir de células estaminais
2008
•Criação de células estaminais pluripotentes induzidas a partir de células adultas
Cronologia na investigação das Células estaminais
O que são células estaminais? São células indiferenciadas que podem dar origem aos diferentes tipos de células de um organismo;
Têm capacidade de se dividirem indefinidamente;
De duas células-filhas: uma permanece estaminal e outra especializa-se.
As células estaminais têm a
capacidade de se…Auto-renovarem
Diferenciarem em diferentes tipos de linhagens celulares
3.Formam-se células
especializadas
1.Multiplicam-seAs células do ovo fertilizado (totipotentes) e suas descendentes (pluripotentes) podem-se multiplicar e dar origem a qualquer tipo de células.
2.Diferenciam-se… Depois de evoluírem, perdem a capacidade de dar origem a todo o tipo de tecidos (multipotentes) e depois a um único tipo - têm uma única função (unipotentes).
Fonte: Science et Vie: Nov 2006
Estaminais Adultas
Qualquer lesão nos tecidos provoca morte celular
As células estaminais multiplicam-se no local da
lesão
Tecido reparadoRegeneração
Células especializadas
Multiplicação
Células estaminaisCélulas
mortas
Produzem células especializadas
O tecido reparado torna-se viável
Células musculares
Células ósseas
Células ósseas
Célula estaminal
Célula estaminal
Célula sanguínea
Célula muscular
Nova célula estaminal
Célula diferenciada
Medula
Multiplicação
1º caso 2º caso
4
5
4. Algumas continuam no indivíduo adulto… Nem todas as células do organismo adulto se especializam. São as células estaminais adultas que encontramos em tecidos e órgãos.
5. Como se multiplicam em determinado “nicho” biológicoSe as suas filhas permanecem em contacto com o nicho, elas mantêm-se células estaminais (1º caso). Caso contrário, especializam-se (2º caso).
6. Regeneram tecidos Primeiro ocupam o espaço da lesão e depois produzem células especializadas que reconstituem as células mortas. (ver abaixo)
Fonte: Science et Vie: Nov 2006
Fonte: Science et Vie: Nov 2006
Células estaminais adultas
São multipotentes (só podem originar células de uma família ou tecido)
Potencial de divisão
Permanecem inactivas até serem estimuladas para regenerar tecido
Célula estaminal adulta (ex. do cérebro)
Célula estaminal (indiferenciada)
Célula que se diferencia (ex. neurónio)
Estas células são indiferenciadas e têm a capacidade de se dividirem
Aquando da divisão:• Uma das células - filhas mantém-se indiferenciada e com potencial de divisão
• A outra ir-se-á especializar numa célula de uma determinada linhagem
Capacidade de divisão + potencialidade de poderem diferenciar-se em vários tipos de
células
Regenerar e restituir células e tecidos aquando de uma lesão ou doença
permite
Foram as únicas que no presente já foram utilizadas em seres humanos na cura
de doenças
São escassas e difíceis de activar e desenvolver
As que já intervieram no tratamento de seres humanos são as da medula óssea,
cordão umbilical, córnea, olho e pele
Por esse motivo:
Células estaminais adultas
Fonte: National Geographic: Julho 2005
Um futuro promissor…
Reprogramação celular: O alcance da Pluripotência
É difícil activar a sua multiplicação e diferenciação
Multipotentes não se podendo diferenciar em todo o tipo de
células
Células estaminais adultas -> limitação na medicina regenerativa
Reprogramação genética de células estaminais adultas (multipotentes e unipotentes)
Reprogramação: Regressão do seu
estado de diferenciação tornando-se
indiferenciadas
Células Pluripotentes Induzidas
Capacidade de se diferenciarem em todo o tipo de células (dependendo dos factores químicos em que se desenvolverão)
Células adultas diferenciadas
Células estaminais adultas cujos genes
que se tornaram inactivos aquando da
diferenciação são reprogramados de
forma a terem novamente o
potencial embrionário
O processo de indução de células consiste em fazer com que células adultas de um tecido (com especialização) percam a sua especialização e se tornem
indiferenciadas podendo originar outros tipos de células para regenerar outros tecidos (fazendo-as multiplicar-se em meios adequados)
Genes reprogramadores
Retrovírus
Células estaminais pluripotentes induzidas
Alcançar a Pluripotência: Reprogramação nuclear in vitro
São inseridos num retrovírus (veículo de transferência) genes que se encontram inactivos nas
células adultas diferenciadas mas activos nas células pluripotentes
embrionárias
• Todos os genes serão activados de forma a
tornar-se indiferenciada e ter potencial de originar
todo o tipo de células
• Esses genes ao integrarem o material genético das
células adultas, irão reprogramá-las.
Célula adulta diferenciada
Reprogramação em curso
* Estas células são colocadas em diferentes meios cujos factores de
desenvolvimento condicionarão a sua diferenciação em diferentes tipos de
células
Colónia de IPS
1. Proteínas reprogramadoras (codificadas por genes
reprogramadores) são inseridas no núcleo da célula adulta* diferenciada
que se quer reprogramar
2. Essas proteínas ligam-se ao DNA e activam os genes
que estavam inactivos
Proteínas reprogramadoras
1
2
Células do sangue
Células musculares
Células nervosas
Células estaminais embrionárias São células pluripotentes
Encontram-se no embrião em fase de desenvolvimento
Potencial de diferenciação ilimitado (podem multiplicar-se e
dar origem a células de todas as linhagens)
Facilmente estimuladas a multiplicarem-se
Ovo
MórulaCélulas estaminais totipotentes
Blastocisto
Embrião em desenvolvimento
(5º dia) Células pluripotentes
Células dividem-se
Células estaminais embrionárias podem dar origem a células dos
3 folhetos embrionários
Endoderme
Mesoderme
Ectoderme
Órgãos do aparelho digestivo
Células sangue
Células nervosas
Embrião (Blastocisto)
Células estaminais pluripotentes
Diferentes Mecanismos de Diferenciação das
Células
Introdução de RNA interferente no núcleo para
silenciar determinados genes -> diferenciação
RNAi
RNAi liga-se ao mRNA resultante da transcrição para
inactivá-lo
mRNA
Proteína não sintetizada
(determinados genes não são
expressados)
Células diferenciada (apenas os genes
desejados são expressos)
Introdução de proteínas inactivadoras de
determinados genes no núcleo
Proteínas ligam-se ao DNA impedindo a transcrição de
determinados genes
substâncias químicas
introduzidas no meio que reagem inactivando alguns
genes
Cultura de células pluripotentes
Desafios Científicos das células estaminais humanas
A condução da especialização celular
Entender as combinações complexas de factores de crescimento e de sinais químicos e genéticos para que se dê a diferenciação das CE num determinado tipo de células.
A manutenção das linhagens de CE
Para manter vivas as células estaminais embrionárias cultivadas é uma tarefa difícil. Estas têm de ser colocadas sobre um tapete de células retiradas do embrião de ratos diariamente e de ser alimentadas com os meios nutritivos adequados.
A aceitação das células implantadas por parte do organismo do doente
É necessário que o sistema imunitário e as células em redor das CE no organismo de um doente as aceitem. Para que não haja rejeição das CE transplantadas tem de haver compatibilidade genética entre estas e as células do doente.
Regulação / Controlo da divisão celular
Um dos maiores desafios da investigação das células estaminais é controlar a sua divisão para produzir uma quantidade de células determinada. Só quando este desafio for superado é que se poderá criar órgãos e parar o seu crescimento.
Aplicações futuras das células estaminaisAplicações terapêuticas
Diagnóstico “David Dalmat, de 11 anos, aguarda que um transplante de medula óssea permita tratar a sua anemia falciforme. Para diminuir o risco de infecção e o avanço da doença, a medula foi destruída por radiação e quimioterapia . Até que ela novamente se desenvolva, David vive numa redoma, isolado e micróbios”
National Geographic, Julho 2005
Sintomas
As hemácias em forma de foice
provocam
Bloqueios na circulação sanguínea
• Falta de oxigenação e nutrição dos tecidos• Dores episódicas
Célula estaminal do cordão umbilical
Células hematopoiéticas
Células mesenquimais
Células da linhagem sanguínea (hemácias, glóbulos brancos e plaquetas)
Células do osso, gordura, cartilagem e tecido fibroso conjuntivo)
Cedric, 7 anos, sofre de leucemia há mais de 3 anos. Após ter esgotado todas as opções, concentrou as suas esperanças no transplante de células estaminais do cordão umbilical.
National Geographic, Julho 2005
O menino foi sujeito a doses violentas de quimioterapia para eliminar as células cancerígenas, que destruíram as suas células estaminais produtoras de sangue. Razão pela qual é necessário o transplante. Após o processo bem sucedido pode considerar-se que as células estaminais do cordão umbilical salvaram-no da doença.
• A imunodeficiência é outro caso de patologia cuja terapêutica com estas células foi bem sucedida
DiferenciaçãoOrigem a:
Diagnóstico:
Tratamento:
Tera
pêu
tica
s
Medula Óssea
Células hematopoiéticas multipotentes
Células sanguíneas
Adipócito
Células mesenquimais multipotentes
Células constituintes do osso e cartilagem
1. Tratamento de leucemias:Removem-se célulasestaminais hematopoiéticas deuma medula óssea compatível. Após serem inseridas no paciente irão dividir-se e diferenciar-se em células produtoras de sangue e células sanguíneas
Células musculares
Células estaminais muscularesneurónios e células gliais
Células estaminais nervosas
3. Artrite ReumatóideAo reparar a cartilagem destruídapermite atenuar os efeitos da Doença
4. Recuperação de lesões nos ossos
2. Doenças cardíacas
Injecção destas células nas artérias coronárias permite aumentar a função cardíaca, reparando o coração de ataques ou insuficiência cardíaca.
Tera
pêu
tica
s
Um possível tratamento no futuro para a anemia falciforme:
Poder-se-á fabricar sangue a partir de células estaminais da pele …
Procedimento:• Extrair fibroplastos de um pedaço (alguns centímetros) de pele
• Adiciona-se uma proteína que se liga ao DNA (que actua como “interruptor”)
• São submergidos a factores de crescimento
Activou e inactivou cerca de 2 mil genes, Reprogramando as células da pele de modo a
Darem origem a células “progenitoras” de sangue
Se diferenciarem em células de sangue
No futuro esta técnica possibilitará: Tratamento de cancros (leucemia, cancros da mama, pulmão e próstata); Transfusão, num paciente, com sangue proveniente da sua própria pele (não serão
necessários bancos de sangue); diminuir efeitos da quimioterapia Tratamento de linfomas (ex. Linfoma de Hodgkin)
ou
Tera
pêu
tica
s
“Coração artificial: primeiro órgão biológico feito em laboratório”
• Experiência realizada pela Universidade do Minnesota: fabrico de corações de ratos, a partir do “esqueleto” deste órgão
Investigadores utilizaram células precursoras das células cardíacas
+Utilizaram a estrutura
tridimensional cardíaca de base para o novo órgão
Através da técnica de “descelularização” eliminaram as células do coração (tecido vascular)
“Esqueleto”
Matriz de tecido extracelular
Câmaras e válvulas do coração
Estrutura vascular Para reconstruir o coração com base nestes “órgãos-fantasma” recorreu-se a células imaturas de ratos
recém-nascidos
Reg
ener
ativ
a
Estas células cardíacas foram injectadas no interior da matriz
Os corações bioartificiais foram colocados dentro de máquinas incubadoras (simulam um ambiente favorável para o desenvolvimento natural de um coração)
Resultados:- Quatro dias mais tarde: observaram as primeiras contracções- Oito dias depois: os corações começaram a bombear sangue (com uma potência de 2% de um coração de rato)
No futuro poder-se-á:- Construir um coração a partir de células estaminais (dos doentes) em vez de células cardíacas imaturas;- Utilizar corações de porco como estrutura (“esqueleto”);- Construir rins, fígados, pulmões, pâncreas a partir do mesmo processo
- A rejeição do transplante de órgãos (compatibilidade)- A morte de dezenas de milhares de pessoas que sofrem de insuficiência cardíaca
impedirá:
Reg
ener
ativ
a
Transplante pioneiro da traqueia através de células estaminais
No futuro esta técnica poderá ser adaptada ao transplante de outros órgãos: intestino, bexiga e aparelho reprodutor
O processo é semelhante à produção de um coração artificial:• Obtém-se um tubo de tecido conjuntivo (“esqueleto”) a partir da traqueia do dador (1)• As células estaminais são injectadas nesse tecido conjuntivo (4)
Em 2009, um colombiana de 30 anos foi submetida a um transplante de traqueia, em Espanha.
Fonte: http://www.oarquivo.com.br
Reg
ener
ativ
a
Células estaminais na cura de doenças nervosas
A esperança de substituir neurónios…
Parkinson
Cérebro normal Cérebro afectado pelo Parkinson
DopaminaReceptor
Neurónio normal Produção
normal de dopamina
Neurónio afectado pela doença de Parkinson
Produção insuficiente de
dopamina
• Doença neurodegenerativa
• Disfunção e morte dos neurónios produtores de dopamina
(neurotransmissor)
• Afecta zona do cérebro que controla a actividade motora e o equilíbrio
(substância negra)
A esperança reside no tratamento com células
estaminais
Reg
ener
ativ
a
As células nervosas produtoras de dopamina degeneradas
Podem ser substituídas por células estaminais com capacidade de se diferenciarem em neurónios (reparar o cérebro)
Condições de cultura ideais
Células estaminais nervosas já presentes no cérebro do paciente são extraídas e
estimuladas a diferenciarem-se
2 formas possíveis de tratamento com células estaminais:
Células estaminais pluripotentes extraídas de um embrião e colocadas em factores de
crescimento para se diferenciarem nas células pretendidas
Criação de uma cultura de células
estaminais
Podem desenvolver-se e diferenciar-se
em neurónios produtores de
dopamina
Neurónios são transplantados
para o cérebro do doente de Parkinson
Cultura de Células
estaminais
Transplante de neurónios
produtores de dopamina
Cérebro após
transplante
Reg
ener
ativ
a
Doença de Alzheimer
Apoptose das células nervosas cerebrais
Degeneração gradual do cérebro em certas áreas (principalmente no centro de memória)
Perda progressiva de memória e falhas de linguagem
Cérebro saudável Cérebro - Alzheimer
Centro de Memória
Centro de linguagem
Tratamento por transplante com células estaminais• Tratamento da doença de Alzheimer requer a regeneração das regiões do cérebro degradadas
Hipótese para o futuro:• Indução da pluripotência de células adultas do paciente, tornando-se células estaminais indiferenciadas
• Fazer com que se diferenciem em neurónios que serão transplantados para as regiões do cérebro do doente afectadas pela doença de Alzheimer
Reg
ener
ativ
a
A esperança de regenerar a medula espinal…
• Uma lesão na medula espinal implica a morte de neurónios que fazem a conexão entre o cérebro e os órgãos motores leva à paralisia
• A bainha de mielina dos neurónios é degenerada
Retirar células estaminais gliais da mucosa olfactiva do doente que têm capacidade de
produzir neurónios
Implantar as células estaminais da mucosa olfactiva na medula espinal do paciente
Estas células poderão produzir neurónios e mielina na medula espinal, regenerando-a
Lesão da medula espinal
Medula espinal
mielina danificada
Regeneração de mielina através do implante CE gliais suas produtoras
CE implantadas na medula do paciente
paralisado para a regenerar
Reg
ener
ativ
a
Diagnóstico
“Era uma vez uma velhinha de 82 anos que sofria de esclerose lateral amiotrófica (ALS)”
• ALS é uma doença neurodegenerativa do sistema nervoso central, que incapacitou o célebre físico, Stephen Hawking.• Não tem cura nem tratamento
No futuro poder-se-á obter o tratamento de ALS a partir da experiência já realizada (por alunos da Universidade de Harvard)• Submeteram as células da pele, dos doentes de ALS, a uma manipulação genética
• Sofreram uma reprogramação genética à base de 4 genes, introduzidos nas células “a bordo” de um vírus• As células reprogramadas tinham rejuvenescido (regressaram a um estado semelhante ao das células embrionárias)
Em especial, os fibroplastos
Células IPS (pluripotentes
estaminais induzidas)
Reg
ener
ativ
a
Diagnóstico
“Um ex-camionista de 60 anos ficou incapacitado, durante 18 meses, depois de ter sofrido de um AVC”
www.cienciahoje.pt (17-11-2010)
• AVC isquémio (falta de irrigação sanguínea)
Um possível tratamento para o futuro, já aplicado (Pilot Investigation of stem cells in stroke) - PISCES
• Os médicos poderão introduzir um milhão de células estaminais numa região saudável do cérebro (putâmen), próxima da zona afectada, que;
- Irão libertar químicos que estimulem novas células cerebrais a regenerarem- Permitirão o desenvolvimento dos vasos sanguíneos
O AVC isquémio ocorre devido à falta de irrigação sanguínea
Desenvolvimento de novos neuróniosRedução da inflamação
Reg
ener
ativ
a
Células estaminais adultas presentes no limbo, região da córnea do olho
* As lesões na córnea podem ser causadas devido a infecções ou contacto com produtos químicos.
O processo consiste em:
Remoção de células estaminais presentes na córnea do olho saudável do paciente
São colocadas em cultura num meio adequado
Após alguns dias diferenciam-se em células da córnea
Estas células formam uma membrana que é
transplantada para reparar a córnea lesada
Reg
ener
ativ
a
Membros de uma equipa médica Italiana da Fondazione Banca Degli Occhi restauram olhos de pacientes com *lesões na córnea”.
Science et vie, Nov 2006
Aplicações reprodutivas das células estaminais
“Investigadores clonam fêmea a partir de dois ratos machos”Medida pode ajudar a preservar espécies em vias de extinção
www.ciênciahoje.com (9-10-2010)
• O blastocisto de um rato macho (1) é utilizado para originar uma linha de células estaminais
• As células XY sofrem sucessivas divisões e perdem espontaneamente o cromossoma Y – X0.• Estas células X0 são injectadas em blastocistos de fêmeas dadoras para dar origem a quimeras (femeninas),
Nas quimeras formam-se óocitos (X0) derivados das células XY do rato macho. Estes serão fertilizados por ratos machos (2) dando origem a:
No futuro esta tecnologia pode: - ajudar casais do mesmo sexo a terem filhos;- gerar esperma a partir de um doador feminino;- produzir machos viáveis, a partir de duas fêmeas.
Fêmeas com viabilidade reprodutiva
Rep
rod
uti
va
2012• Cérebro de doentes de Parkinson é totalmente
regenerado pela 1ª vez após transplante com células estaminais. A cura da doença é alcançada.
2014• Pacientes paralisados devido a lesões na medula
espinal recuperam a actividade motora devido à regeneração da medula com células estaminais
2015• Cura dos Diabetes tipo I através de células
estaminais que se diferenciaram em células dos ilhéus pancreáticos que segregam insulina
2017• É finalmente desenvolvida a cura para a esclerose
múltipla usando células estaminais que regeneram a mielina danificada pela doença
2020
• Fabricado o 1º coração em laboratório para transplante utilizando células estaminais que se diferenciaram em células do músculo cardíaco e se multiplicaram
2030• A fórmula do rejuvenescimento é alcançada:
células estaminais restituem a pele e os órgãos mantendo-os “jovens”
Possível cronologia futura na história das CE