O coração não pode regenerar o tecido muscular após um ataque cardíaco ter matado parte da parede muscular. Esse tecido morto pode esticar o músculo circundante, levando a um aumento letal do coração.
Os engenheiros biomédicos acreditam que podem ajudar o coração em falha usando células-tronco pluripotentes para cultivar células do músculo cardíaco fora do corpo e injetar essas células musculares ou adicionar um adesivo feito a partir dessas células, no local ou próximo ao tecido do coração morto. Evidências experimentais e de ensaios clínicos com essa abordagem mostraram melhora moderada da capacidade de bombeamento do ventrículo esquerdo do coração.
No entanto, a capacidade das células entregues de remocularizar o coração e melhorar a função cardíaca depende da qualidade dessas células. Um desafio tem sido as baixas taxas de enxerto pelas células transplantadas.
Pesquisadores da Universidade do Alabama em Birmingham agora relatam um método simples para melhorar a qualidade das células entregues, e descobriram que este método – testado em um modelo de ataque cardíaco em ratos – dobrou a taxa de enxerto dos cardiomiócitos derivados de células-tronco injetadas. Em uma carta de pesquisa na revista Circulation , os co-autores sênior Ramaswamy Kannappan, Ph.D., e Jianyi "Jay" Zhang, MD, Ph.D., dizem que sua abordagem robusta para selecionar células de DNA intactas funcionalmente competentes de um população heterogênea pode ser facilmente adotada em ambientes clínicos para produzir células que são mais capazes de repovoar o miocárdio isquêmico e melhorar o desempenho de um coração com falha.
Zhang é presidente da UAB Biomedical Engineering, um departamento conjunto da Escola de Medicina e Escola de Engenharia da UAB, e detém o T. Michael e a Gillian Goodrich Chair da Liderança de Engenharia. Kannappan é professor assistente no Departamento de Engenharia Biomédica da UAB.
O transplante de células cardíacas requer milhões de células-tronco ou seus derivados diferenciados. A propagação de células sob condições de crescimento acelerado é uma maneira comum de obter esses grandes números de células; mas o crescimento acelerado causa estresse cultural, incluindo danos letais ao DNA. Essas células danificadas pelo DNA não são adequadas para o transplante de células e precisam ser removidas das preparações celulares.
Os pesquisadores descobriram que poderiam ativar o fator de transcrição p53 em células-tronco pluripotentes induzidas para induzir seletivamente a morte celular programada, ou apoptose, especificamente em células danificadas pelo DNA, poupando ao mesmo tempo células sem dano ao DNA. Eles usaram Nutlin-3a, um inibidor de MDM2, para ativar o p53. Após o tratamento com Nutlin-3a, as células mortas foram lavadas da cultura e as restantes células livres de danos no ADN foram cultivadas normalmente e diferenciadas em cardiomiócitos.
Eles então injetaram 900.000 dos cardiomiócitos derivados na zona de fronteira no ventrículo esquerdo do modelo de ataque cardíaco do rato. Quatro semanas depois, os pesquisadores descobriram uma taxa de enxerto significativamente mais alta, cerca de 14%, nos corações que receberam os cardiomiócitos livres de danos no DNA. O enxerto dos cardiomiócitos derivados do controle foi de cerca de 7%.
"Até onde sabemos", disse Kannappan e Zhang, "este é o primeiro estudo a mostrar que as células-tronco pluripotentes induzidas sem dano no DNA podem ser selecionadas pela ativação de p53 em culturas de células-tronco pluripotentes induzidas e que os cardiomiócitos livres de danos ao DNA potencial de enxerto cardíaco. "
Pesquisas anteriores feitas por outros pesquisadores mostraram que as células senescentes danificadas pelo DNA não sofrem morte celular. Em vez disso, eles permanecem dentro do tecido, com funções alteradas que podem alterar o microambiente do tecido e promover fenótipos de envelhecimento de outras células. Esta pode ser uma explicação para a vantagem do enxerto de cardiomiócitos derivados do DNA livre de danos.
O método para remover as células danificadas pelo DNA pode ter uma aplicação mais ampla, diz Kannappan.
Como esta é uma abordagem baseada em pequenas moléculas para selecionar células livres de danos ao DNA. Pode ser aplicado a qualquer tipo de células-tronco, embora as condições de seleção precisem ser otimizadas e avaliadas. Outras abordagens de células-tronco para doenças como doenças neurodegenerativas, lesões cerebrais e da medula espinhal e diabetes podem se beneficiar com a adoção de nosso método ".