Pesquisadores biomédicos da Universidade Texas A&M relatam que podem ter encontrado uma maneira de interromper ou até reverter a perda de energia celular que acompanha os danos e o envelhecimento. Se estudos futuros confirmarem os resultados, a descoberta pode levar a grandes mudanças na forma como muitas doenças são tratadas na medicina.
O Dr. Akhilesh K. Gaharwar e o aluno de doutorado John Soukar, juntamente com colegas do Departamento de Engenharia Biomédica, desenvolveram uma técnica que fornece novas mitocôndrias para 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 diminuição das mitocôndrias está associada ao envelhecimento, doenças cardíacas e várias condições neurodegenerativas. Uma estratégia que fortalece a capacidade natural do corpo de substituir mitocôndrias desgastadas poderia, em princípio, ajudar a resolver todos esses problemas simultaneamente.
À medida que as células humanas envelhecem ou são afetadas por distúrbios degenerativos, como a doença de Alzheimer, ou pela exposição a agentes nocivos, como medicamentos quimioterápicos, sua capacidade de gerar energia diminui gradualmente. Uma das principais razões é a diminuição do número de mitocôndrias, as pequenas estruturas semelhantes a órgãos dentro das células que fornecem a maior parte da energia utilizada. Seja no tecido cerebral, no músculo cardíaco ou em outros órgãos, a diminuição das mitocôndrias leva a células mais fracas e menos saudáveis, que eventualmente não conseguem mais desempenhar suas funções essenciais.
Nanoflores Transformam Células-Tronco em Doadoras de Mitocôndrias
A pesquisa, publicada nos Proceedings of the National Academy of Sciences, combinou partículas microscópicas em forma de flor chamadas nanoflores com células-tronco. Quando as células-tronco foram expostas a essas nanoflores, começaram a produzir cerca de duas vezes mais mitocôndrias do que o normal. Quando as células-tronco fortalecidas foram colocadas próximas a células envelhecidas ou danificadas, transferiram suas mitocôndrias extras para essas células vizinhas lesadas.
Uma vez supridas 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 melhorados, mas também se tornaram mais resistentes à morte celular, mesmo quando expostas a tratamentos prejudiciais, como a quimioterapia.
“Treinamos células saudáveis para compartilhar suas baterias sobressalentes com as 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 medicamentos.”
Embora as células sejam naturalmente capazes de trocar pequenas quantidades de mitocôndrias, as células-tronco tratadas com nanoflores, que a equipe descreve como fábricas bioquímicas de mitocôndrias, transferiram de duas a quatro vezes mais mitocôndrias do que as células-tronco não tratadas.
“O aumento na eficiência foi mais do que esperávamos,” disse Soukar, autor principal do artigo. “É como dar a um eletrônico antigo um novo pacote de baterias. Em vez de descartá-los, estamos conectando baterias totalmente carregadas de células saudáveis em células doentes.”
Fazendo as Terapias de Mitocôndrias Durarem Mais
Pesquisadores tentaram outras maneiras de aumentar o número de mitocôndrias dentro das células, mas essas abordagens frequentemente apresentam desvantagens. Métodos baseados em medicamentos dependem de pequenas moléculas que saem das células relativamente rápido, portanto, os pacientes podem precisar de tratamentos frequentes e repetidos para manter o efeito. Em contraste, as nanopartículas maiores (que têm cerca de 100 nanômetros de diâmetro) permanecem dentro da célula e continuam a estimular a produção de mitocôndrias de maneira mais eficaz. Como resultado, terapias baseadas nessa tecnologia de nanoflores podem precisar ser administradas apenas uma vez por mês.
“Este é um passo inicial, mas empolgante, em direção à recarga de tecidos envelhecidos usando sua própria maquinaria biológica,” disse Gaharwar. “Se conseguirmos aumentar com segurança esse sistema natural de compartilhamento de energia, isso poderia um dia ajudar a desacelerar ou até mesmo reverter alguns efeitos do envelhecimento celular.”
Nanopartículas de Disulfeto de Molibdênio em Uso Biomédico
As nanoflores são feitas de disulfeto de molibdênio, um composto inorgânico que pode formar várias configurações bidimensionais diferentes em escalas muito pequenas. O Laboratório Gaharwar está entre um pequeno número de grupos de pesquisa que investigam como o disulfeto de molibdênio pode ser utilizado para fins biomédicos.
Células-tronco já desempenham um papel central em trabalhos inovadores sobre reparação e regeneração de tecidos. Usar nanoflores para aumentar o desempenho das células-tronco pode marcar um passo importante para tornar essas células ainda mais eficazes em terapias futuras.
Abordagem Versátil para Muitos Tecidos
Um dos aspectos mais promissores da técnica é sua flexibilidade. Embora o método ainda esteja em estágios iniciais e exija muito mais testes, ele poderia, teoricamente, ser usado para tratar a perda de função em muitos tecidos diferentes do corpo.
“Você poderia colocar as células em qualquer lugar do paciente,” disse Soukar. “Assim, para a cardiomiopatia, você pode tratar as células cardíacas diretamente — injetando as células-tronco diretamente no coração ou nas proximidades. Se você tem distrofia muscular, pode injetá-las diretamente no músculo. É bastante promissor em termos de poder ser utilizado para uma grande variedade de casos, e este é apenas o começo. Poderíamos trabalhar nisso para sempre e encontrar novas soluções e tratamentos para novas doenças a cada dia.”
O projeto recebeu apoio financeiro dos Institutos Nacionais de Saúde, da Fundação Welch, do Departamento de Defesa e do Instituto de Prevenção e Pesquisa do Câncer do Texas. Apoio adicional veio do Fundo de Excelência do Presidente da Universidade Texas A&M e da Subvenção Seedling do Centro de Ciências da Saúde da Texas A&M. Colaboradores-chave incluíram pesquisadores da Texas A&M, Dr. Irtisha Singh, Dr. Vishal Gohil e Dr. Feng Zhao.
