Pesquisadores biomédicos da Universidade Texas A&M anunciaram que podem ter descoberto uma forma de interromper ou até inverter a perda de energia celular associada a danos e envelhecimento. Se estudos futuros confirmarem os resultados, essa descoberta poderá provocar mudanças significativas no tratamento de várias doenças na medicina.
O Dr. Akhilesh K. Gaharwar e o estudante de doutorado John Soukar, juntamente com colegas do Departamento de Engenharia Biomédica, desenvolveram uma técnica que fornece mitocôndrias novas a células lesionadas. Ao reabastecer esses pequenos produtores de energia, o método pode restaurar a produção de energia a níveis anteriores e melhorar significativamente a saúde geral das células.
A redução das mitocôndrias tem sido associada ao envelhecimento, doenças cardíacas e várias condições neurodegenerativas. Uma estratégia que potencializa a capacidade natural do corpo de substituir mitocôndrias desgastadas poderia, em princípio, ajudar a lidar com todos esses problemas simultaneamente.
À medida que as células humanas envelhecem ou são prejudicadas por doenças degenerativas como a doença de Alzheimer, ou pela exposição a agentes nocivos como medicamentos quimioterápicos, sua capacidade de gerar energia diminui gradualmente. Uma razão chave para isso é a diminuição do número de mitocôndrias, as pequenas estruturas semelhantes a órgãos dentro das células que fornecem a maior parte da energia que uma célula utiliza. Seja nos tecidos cerebrais, no músculo cardíaco ou em outros órgãos, a redução de mitocôndrias resulta em células mais fracas e menos saudáveis, que eventualmente não conseguem mais realizar suas funções essenciais.
Nanoflores Transformam Células-Tronco em Doadores de Mitocôndrias
A pesquisa, publicada nos Anais da Academia Nacional de Ciências, combinou partículas microscópicas com formato de flores, denominadas nanoflores, com células-tronco. Quando as células-tronco foram expostas a essas nanoflores, começaram a produzir cerca do dobro de mitocôndrias do que o normal. Quando as células-tronco fortalecidas foram colocadas ao lado de células danificadas ou envelhecidas, elas transferiram suas mitocôndrias extras para essas células vizinhas lesionadas.
Uma vez fornecidas com novas mitocôndrias, as células anteriormente danificadas conseguiram restaurar sua produção de energia e atividade normal. Essas células revitalizadas não apenas mostraram níveis de energia aprimorados, mas também se tornaram mais resistentes à morte celular, mesmo quando expostas posteriormente a tratamentos prejudiciais, como quimioterapia.
“Nós treinamos células saudáveis para compartilhar suas baterias extras com aquelas mais fracas,” disse Gaharwar, professor de engenharia biomédica. “Ao aumentar o número de mitocôndrias dentro das células doadoras, podemos ajudar células envelhecidas ou danificadas a recuperar sua vitalidade — sem qualquer modificação genética ou fármacos.”
Embora as células sejam naturalmente capazes de trocar pequenas quantidades de mitocôndrias, as células-tronco tratadas com nanoflores, que a equipe descreve como biofábricas de mitocôndrias, transferiram de duas a quatro vezes mais mitocôndrias do que células-tronco não tratadas.
“O aumento na eficiência foi mais do que poderíamos ter esperado,” disse Soukar, autor principal do artigo. “É como dar a um eletrônico antigo um novo pacote de bateria. Em vez de descartá-los, estamos conectando baterias totalmente carregadas de células saudáveis em células doentes.”
Como Aumentar a Durabilidade das Terapias com Mitocôndrias
Pesquisadores já tentaram outras maneiras de aumentar o número de mitocôndrias dentro das células, mas essas abordagens muitas vezes vêm com compensações. Métodos baseados em medicamentos dependem de pequenas moléculas que saem das células relativamente rápido, então os pacientes podem precisar de tratamentos frequentes e repetidos para manter o efeito. Em contraste, as nanopartículas maiores (com cerca de 100 nanômetros de diâmetro) permanecem dentro da célula e continuam a estimular a produção de mitocôndrias de forma mais eficaz. Como resultado, as terapias baseadas nessa tecnologia de nanoflores podem precisar ser administradas apenas uma vez por mês.
“Este é um primeiro, mas emocionante passo para recarregar tecidos envelhecidos utilizando sua própria maquinaria biológica,” disse Gaharwar. “Se conseguirmos aumentar esse sistema natural de compartilhamento de potência de forma segura, isso um dia poderá ajudar a desacelerar ou até reverter alguns efeitos do envelhecimento celular.”
Uso de Nanopartículas de Disulfeto de Molibdênio na Biomedicina
As nanoflores são compostas de disulfeto de molibdênio, um composto inorgânico que pode formar diversas formas bidimensionais em escalas muito pequenas. O laboratório de Gaharwar é um dos poucos grupos que investigam como o disulfeto de molibdênio pode ser utilizado para fins biomédicos.
Células-tronco já desempenham um papel central em pesquisas inovadoras sobre reparo e regeneração de tecidos. Usar nanoflores para aumentar o desempenho das células-tronco poderia representar um avanço importante para tornar essas células ainda mais eficazes em futuras terapias.
Abordagem Versátil para Vários Tecidos
Uma das características mais promissoras da técnica é sua flexibilidade. Embora o método ainda esteja nas fases iniciais e necessite de muito mais testes, ele poderia teoricamente ser utilizado para tratar a perda de função em diferentes tecidos ao longo do corpo.
“Você poderia colocar as células em qualquer lugar do paciente,” disse Soukar. “Portanto, para cardiomiopatia, você pode tratar diretamente as células cardíacas — colocando as células-tronco diretamente no coração ou perto dele. Se você tem distrofia muscular, pode injetá-las diretamente no músculo. É bastante promissor em termos de ser usado para uma grande variedade de casos, e isso é apenas o começo. Podemos trabalhar nisso para sempre e descobrir novas coisas e novos tratamentos para doenças a cada dia.”
O projeto recebeu apoio financeiro dos Institutos Nacionais de Saúde, da Welch Foundation, do Departamento de Defesa e do Instituto de Prevenção e Pesquisa do Câncer do Texas. O financiamento adicional veio do Fundo de Excelência do Presidente da Universidade Texas A&M e da Bolsa Seedling do Centro de Ciências da Saúde da Texas A&M. Colaboradores-chave incluíram os pesquisadores da Texas A&M, Dr. Irtisha Singh, Dr. Vishal Gohil e Dr. Feng Zhao.
