‘Moléculas dançantes’ reparam com sucesso lesões graves na medula espinhal

Pesquisadores da Universidade Northwestern desenvolveram uma nova terapia injetável que aproveita “moléculas dançantes” para reverter a paralisia e reparar tecidos após graves lesões na medula espinhal.

Em um novo estudo, os pesquisadores administraram uma única injeção em tecidos ao redor das medulas espinhais de camundongos paralisados. Apenas quatro semanas depois, os animais recuperaram a capacidade de andar.

A pesquisa foi publicada na edição de 12 de novembro da revista Science.

Ao enviar sinais bioativos para as células acionadas para reparar e regenerar, a terapia inovadora melhorou drasticamente as medulas espinhais gravemente feridas de cinco maneiras-chave: (1) As extensões cortadas dos neurônios, chamados axônios, regeneraram; (2) tecido cicatricial, que pode criar uma barreira física à regeneração e reparação, significativamente diminuído; (3) mielina, a camada isolante de axônios que é importante na transmissão de sinais elétricos de forma eficiente, reformada em torno das células; (4) vasos sanguíneos funcionais formados para fornecer nutrientes às células no local da lesão; e (5) mais neurônios motores sobreviveram.

Após a terapia cumprir sua função, os materiais se biodegradam em nutrientes para as células dentro de 12 semanas e, em seguida, desaparecem completamente do corpo sem efeitos colaterais perceptíveis. Este é o primeiro estudo em que os pesquisadores controlaram o movimento coletivo das moléculas através de mudanças na estrutura química para aumentar a eficácia de um terapêutico.

“Nossa pesquisa visa encontrar uma terapia que possa evitar que os indivíduos fiquem paralisados após traumas ou doenças graves”, disse Samuel I. Stupp, da Northwestern, que liderou o estudo. “Durante décadas, isso tem permanecido um grande desafio para os cientistas porque o sistema nervoso central do nosso corpo, que inclui o cérebro e a medula espinhal, não tem nenhuma capacidade significativa de se reparar após lesão ou após o surgimento de uma doença degenerativa. Estamos indo direto para a FDA para iniciar o processo de aprovação dessa nova terapia para uso em pacientes humanos, que atualmente têm pouquíssimas opções de tratamento.”

Stupp é Professor do Conselho de Curadores de Ciência e Engenharia de Materiais, Química, Medicina e Engenharia Biomédica na Northwestern, onde é diretor fundador do Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) e seu centro de pesquisa afiliado, o Centro de Nanomedicina Regenerativa. Ele tem nomeações na McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences e Na Feinberg School of Medicine.

Moléculas dançantes

O segredo por trás do novo avanço terapêutico de Stupp é afinar o movimento das moléculas, para que elas possam encontrar e se envolver adequadamente em constante movimento de receptores celulares. Injetada como líquido, a terapia imediatamente se transforma em uma complexa rede de nanofibras que imitam a matriz extracelular da medula espinhal. Ao combinar a estrutura da matriz, imitando o movimento das moléculas biológicas e incorporando sinais para receptores, os materiais sintéticos são capazes de se comunicar com as células.

“Receptores em neurônios e outras células se movem constantemente”, disse Stupp. “A principal inovação em nossa pesquisa, que nunca foi feita antes, é controlar o movimento coletivo de mais de 100.000 moléculas dentro de nossas nanofibras. Ao fazer as moléculas se moverem, ‘dançar' ou mesmo saltar temporariamente dessas estruturas, conhecidas como polímeros supramoleculares, elas são capazes de se conectar de forma mais eficaz com os receptores.”

Stupp e sua equipe descobriram que afinação do movimento das moléculas dentro da rede de nanofibras para torná-las mais ágeis resultou em maior eficácia terapêutica em camundongos paralisados. Eles também confirmaram que as formulações de sua terapia com movimento molecular aprimorado tiveram melhor desempenho durante testes in vitro com células humanas, indicando aumento da bioatividade e sinalização celular.

“Dado que as próprias células e seus receptores estão em constante movimento, você pode imaginar que moléculas se movendo mais rapidamente encontrariam esses receptores com mais frequência”, disse Stupp. “Se as moléculas são lentas e não como ‘sociais', elas podem nunca entrar em contato com as células.”

Uma injeção, dois sinais

Uma vez conectadas aos receptores, as moléculas em movimento desencadeiam dois sinais em cascata, ambos críticos para a reparação da medula espinhal. Um sinal leva as longas caudas de neurônios na medula espinhal, chamadas axônios, a se regenerarem. Semelhante aos cabos elétricos, os axônios enviam sinais entre o cérebro e o resto do corpo. Cortar ou danificar axônios pode resultar na perda de sensação no corpo ou até mesmo paralisia. Reparar axônios, por outro lado, aumenta a comunicação entre o corpo e o cérebro.

O segundo sinal ajuda os neurônios a sobreviver após a lesão porque faz com que outros tipos de células se proliferem, promovendo o recrescimento de vasos sanguíneos perdidos que alimentam neurônios e células críticas para reparação tecidual. A terapia também induz a mielina a reconstruir em torno de axônios e reduz cicatrizes gliais, que age como uma barreira física que impede a cicatrização da medula espinhal.

“Os sinais utilizados no estudo imitam as proteínas naturais necessárias para induzir as respostas biológicas desejadas. No entanto, as proteínas têm meias-vidas extremamente curtas e são caras para produzir”, disse Zaida Álvarez, primeira autora do estudo e ex-professora assistente de pesquisa no laboratório de Stupp. “Nossos sinais sintéticos são peptídeos curtos e modificados que – quando ligados aos milhares – sobreviverão por semanas para entregar a bioatividade. O resultado final é uma terapia que é menos cara de produzir e dura muito mais tempo.”

Aplicação universal

Embora a nova terapia possa ser usada para prevenir a paralisia após traumas graves (acidentes automobilísticos, quedas, acidentes esportivos e ferimentos de bala), bem como de doenças, Stupp acredita que a descoberta subjacente – de que o “movimento supramolecular” é um fator-chave na bioatividade – pode ser aplicada a outras terapias e metas.

“Os tecidos do sistema nervoso central que regeneramos com sucesso na medula espinhal ferida são semelhantes aos do cérebro afetados por acidente vascular cerebral e doenças neurodegenerativas, como ELA, doença de Parkinson e Doença de Alzheimer”, disse Stupp. “Além disso, nossa descoberta fundamental sobre o controle do movimento dos conjuntos moleculares para melhorar a sinalização celular poderia ser aplicada universalmente em alvos biomédicos.”

Outros autores do estudo da Northwestern incluem Evangelos Kiskinis, professor assistente de neurologia e neurociência em Feinberg; técnico de pesquisa Feng Chen; pesquisadores de pós-doutorado Ivan Sasselli, Alberto Ortega e Zois Syrgiannis; e estudantes de pós-graduação Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu e Stacey Chin. Peter Mirau, dos Laboratórios de Pesquisa da Força Aérea, e Steven Weigand, do Laboratório Nacional de Argonne, também são coautores.

Fonte: Conteúdo traduzido da nota original para imprensa Northwestern.edu