Paraplégicos e tetraplégicos podem andar de novo? A esperança do relé neuronal

Paul Lu não se contentou com sua limitação física e mostrou que a mente é a mais poderosa força transformadora de realidades.

WALACE GOMES LEAL
Especial para Direto da Ciência*
Domingo, 27 de setembro de 2020, 6h30.

A resposta à pergunta do título deste artigo parece coisa de ficção científica, considerando a gigantesca tarefa que têm os neurocientistas neste tema específico, induzir regeneração no sistema nervoso central (cérebro e medula espinhal). Isso me faz lembrar do filme de ficção científica “Avatar”, produzido e dirigido pelo diretor James Cameron, em 2009, nos Estados Unidos. Nesse filme, a tecnologia humana já é bem avançada no ano de 2157. O enredo é centrado no conflito existente entre os nativos humanoides Na’vi, de Pandora, uma lua habitada de Polifemo, um dos três planetas gasosos do sistema Alpha Centauri.

Os colonizadores humanos querem explorar, como sempre, as riquezas de Pandora mesmo que para isso destruam os bucólicos Na’vis, seres com quase três metros de altura, com pele bioluminescente e ossos reforçados com fibras de carbono vivendo em perfeita harmonia com a natureza, o que é ser bem evoluído para os padrões humanos. A convivência dos humanos com os habitantes de Pandora não é pacífica, e um programa chamado Avatar é desenvolvido onde cria-se, por técnicas de engenharia genética, um ser híbrido humano – Na’vi. Nesse ser híbrido, o humano possuí material genético Na’vi e pode controlar seu Avatar por compartilhamento de conexões neurais.

Chamou atenção quando assisti ao filme o fato de que um fuzileiro naval chamado Jake Sully – interpretado pelo ator inglês Sam Worthington, que é paraplégico –, vai a Pandora em uma missão para conseguir recurso para poder voltar a andar, ou seja, ter sua medula espinhal reconectada. Fica claro que o diretor James Cameron ilustrou a gigantesca tarefa de fazer alguém paraplégico ou tetraplégico andar de novo, e um certo pessimismo, ao criar um personagem paraplégico em 2154, em um mundo fictício onde a pesquisa, a medicina e a tecnologia são muito mais avançadas que na nossa época. Felizmente, estudos recentes realizados por pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (USCD) sugerem que o pessimismo de James Cameron não é totalmente justificado. Não teremos que esperar ainda 200 anos para achar a cura para uma lesão permanente da medula espinhal.

 

O acidente e o sonho

A esperança de que a neurociência achará um dia os meios para regenerar a medula espinhal humana rompida em um acidente de carro ou atividade recreativa, além de outras causas, começou no ano de 1996. Nesse ano, o pesquisador chinês Paul Lu, que pesquisava aspectos moleculares da biologia de plantas na Universidade da Califórnia em Davis (UCD), saiu em uma viagem de carro para passar o Natal na brilhante e badalada Las Vegas. Durante a viagem, um terrível acidente automobilístico deixou Paul Lu paraplégico, ou seja, passou a não sentir nada e a não realizar movimentos da cintura para baixo. Parecia o fim da sua carreira. Voltar para a China, com doutorado em biologia molecular de plantas, mas paraplégico e sem emprego, deixando seu sonho de ser um cientista nos EUA. No entanto, uma imensa vontade de voltar a andar tomou conta de Paul Lu, e ele precisava permanecer no país. Era um sonho quase impossível, mas ele precisava lutar. Conseguiu um emprego temporário em uma fundação que ajudava pessoas, tais como ele, cadeirantes, na cidade de Sacramento, próxima da UCD.

O biólogo chinês passou a escrever para neurocientistas renomados que pesquisavam aspectos regenerativos em modelos experimentais de lesão da medula espinhal, um deles o neurologista e neurocientista da USCD Mark Tuszynski. Ao saber que o eminente neurocientista, diretor do Center for Neural Repair do departamento de neurociências da UCSD, estaria em Davies, Paul Lu escreveu para ele e uma conversa foi agendada. Neste encontro, Paul falou a Mark Tuszynski que faria de tudo para andar de novo, até tornar-se uma “cobaia humana”. Mark explicou a Paul que isso era uma tarefa gigantesca e que cientistas tentavam essa façanha havia mais de 100 anos, mas que ele poderia ser pesquisador em seu laboratório. Mark ofereceu a Paul uma bolsa de pós-doutoramento. Ao longo de 15 anos, Paul Lu e Mark Tuszynski pesquisaram formas de regenerar axôniosa da medula espinhal de roedores submetidos a trauma experimental.1 No entanto, foi em 2012 que eles publicaram um artigo no periódico Cell que mudou para sempre a história da neurociência, e talvez da medicina do futuro.2 Eles transplantaram com sucesso um enxerto de progenitores neuraisb formando um “relé neuronal”c na medula de um rato paraplégico induzindo intensa regeneração axonal e recuperação funcional nunca antes relatadas na história da neurociência.1

 

O relé neuronal

Axônios do trato corticoespinhal do córtex motor de camundongos marcados anterogradamente com AAV2-GFP invadem o enxerto e fazem sinapses com neurônios TdTomato (vermelho)/NeuN (azul) positivos (A-D). Contatos sinápticos são claramente vistos pelos axônios GFP+ (verdes) nos novos neurônios TdTomato + (vermelhos (C-D). A presença de sinaptofisina indica a formação de sinapses (E-F). Escalas: 110 µm. (Clique na imagem para ampliá-la em outra aba ou janela.)

 

 

 

 

 

Os pesquisadores da UCSD tiveram uma ideia brilhante e inovadora: transplantar células-tronco fetais de roedores, extraídas de embriões na hora do experimento e imersas em uma matriz de fibrina com um coquetel de dez fatores tróficos,d desenvolvido pelo próprio Paul Lu e testado em vários experimentos. As células-tronco fetais transplantadas eram marcadas com uma proteína fluorescente verde (GFP), o que permitiu a visualização dos progenitores neurais transplantados. A ideia da fibrina já tinha sido usada em estudos prévios e é uma realidade em cirurgia, mas o coquetel de fatores tróficos imerso na matriz de fibrina foi uma inovação desenvolvida pelo pesquisador Paul Lu.

A matriz de fibrina embebida com as células-tronco fetais GFP+ e com os fatores tróficos foram enxertadas no sítio de uma transecção completa da medula espinhal de ratos adultos. As células foram transplantadas 10 dias após a indução da lesão para fugir do pico da neuroinflamação, que pode prejudicar a sobrevivência das células.

O resultado obtido foi um marco para os estudos com transplante de células-tronco neurais para lesão da medula espinhal. O enxerto preencheu totalmente o sítio de transecção (corte da medula), unindo os dois lados da medula cortada ao meio. Cerca de 29 mil novos axônios foram formados a partir dos progenitores fetais. Esses axônios saiam do enxerto na região torácica e cresciam nas duas direções da medula chegando em segmentos distantes ao sítio da lesão.<sup>2</sup>

Usando técnicas de imunofluorescência dupla e tripla, onde os pesquisadores visualizam células em diferentes cores, além de microscopia eletrônica, que permite a visualização de sinapses, os autores mostraram que os novos axônios fizeram sinapses em neurônios motores dos ratos transplantados ao mesmo tempo em que recebiam sinapses de axônios de neurônios motores do próprio animal paraplégico. Foi uma verdadeira revolução na neurociência. Um resultado espetacular, com regeneração 200 vezes maior do que a observada por qualquer estudo anterior. Os animais transplantados também apresentaram recuperação funcional, visualizada pela recuperação de movimento e percepção de estímulos sensoriais. Os animais controle, sem o enxerto de fibrina, não apresentavam recuperação.

Considerando as limitações éticas de se usar células-tronco fetais para aplicação futura em humanos, Paul e Mark também investigaram o potencial terapêutico do uso de progenitores neurais humanos derivados de células-tronco embrionárias ou de células-tronco pluripotentes induzidas no mesmo paradigma experimental.3 Os resultados obtidos foram similares aos de 2012.

Em 2015, com bolsa do CNPq, eu fiz um estágio de pós-douramento na UCSD sob supervisão de Paul Lu e Mark Tuszynski. Á época, queríamos saber a distribuição das novas células formadas dentro do enxerto e que tipo de circuito era formado. Na verdade, o relé neuronal é um novo circuito que se coloca na área da lesão para unir os dois lados da medula. Os progenitores transplantados transformam-se em neurônios novos que geram novos axônios que saem do enxerto e fazem sinapses com os neurônios já existentes na medula espinhal do animal transplantado.

Juntamente com Paul Lu realizamos uma lesão na região cervical da medula espinhal de ratos ou camundongos adultos. Sete dias depois, transplantamos progenitores neurais fetais da mesma espécie de roedores na região de cavitação da lesão Mostramos que a maior parte dos novos neurônios presentes no enxerto derivados dos progenitores neurais transplantados está localizada nos primeiros 600 micrômetros do enxerto a partir da sua borda caudal (em direção à cauda do rato). Também mostramos que os novos neurônios formados dentro do enxerto realizam conexões monosinápticas, fazem apenas uma sinapse, mas predominantemente polisinápticas, mais de uma sinapse, dentro do enxerto antes de enviarem axônios para fora do enxerto. Observamos que axônios do córtex motor (trato corticoespinhal lateral) dos roedores invadem, penetram no enxerto e fazem novas sinapses com os neurônios novos formados (ver ilustração). Nosso artigo foi publicado no periódico Stem Cell Reports no ano passado&lt4 e mostrou, portanto, a efetividade do relé neuronal em roedores, bem como parâmetros dos circuitos intrínsecos formados dentro do enxerto de matriz de fibrina.

Estudo em macacos

Para que a terapia com relé neuronal possa um dia ser testada em humanos, ela tem que ser testada primeiro em macacos. Foi exatamente isso que Ephron Rozenzweig, Paul Lu e Mark Tuszynski fizeram em 2018.5 Eles transplantaram progenitores derivados de uma linhagem de células-tronco neurais humanas (566RSC-UBQT) imersas em matriz de fibrina com fatores tróficos em macacos Rhesus adultos submetidos a hemissecção cervical (apenas a metade da medula for cortada). Os macacos ficaram tetraplégicos em um lado do corpo. Entre 3 a 9 meses após o transplante, em alguns animais transplantados 10 dias após a lesão cervical, houve sobrevivência do enxerto e cerca de 300 mil novos axônios foram documentados saindo de alguns enxertos. Como em roedores, os axônios fizeram sinapses e contribuíram para recuperação funcional. Os primatas que foram submetidos ao transplante, e onde houve sobrevivência do enxerto, foram capazes de manipular uma laranja com as mãos nove meses após a lesão, o que sugere recuperação funcional e regeneração do trato corticoespinhal lateral, a principal via motora em humanos que nos permite fazer movimentos voluntários precisos com as mãos, por exemplo, tocar piano, digitar em um computador ou manipular um objeto.

Esses resultados em primatas não humanos foram uma revolução nas pesquisas sobre regeneração na medula espinhal nunca antes obtidos na história das neurociências e, certamente, um passo importante para a realização de ensaios clínicos com o uso da terapia por relés neuronais em humanos daqui a alguns anos, pelo menos em indivíduos com lesões recentes. Os estudos em indivíduos com lesão crônica ainda serão realizados com a metodologia aqui descrita.

É possível que pessoas privadas de seus movimentos e sensações possam um dia voltar a andar por causa do sonho de um jovem neurocientista e cadeirante chinês e o apoio de um brilhante neurologista e neurocientista estadunidense. Assim como Stephen Hawking (1942-2018), o grande físico teórico sucessor da cátedra de matemática de Isaac Newton (1643-1727) na Universidade de Cambridge, que podia mexer apenas os músculos da pálpebra por causa da esclerose lateral amiotrófica, Paul também não se contentou com sua limitação física e mostrou que a mente é a mais poderosa força transformadora de realidades. Stephen Hawking entrevistou Paul Lu e Mark Tuszynski em um programa para o canal Discovery Science sobre o uso de células-tronco como terapia para doenças humanas em 2014. O grande físico teórico morreu em 14 de março de 2019.

A interação brilhante entre um pesquisador da China e um dos EUA, tendo como fruto uma grande contribuição científica, mostra o quanto estão errados aqueles que buscam conflitos entre essas duas grandes nações e que julgam as pessoas pelo seu sotaque ou formato dos olhos.

WALACE GOMES LEAL é professor dos programas de Oncologia e Ciências Médicas e de Neurociências e Biologia Celular da Universidade Federal do Pará (Ufpa) e professor do Programa de Pós-Graduação da Rede Bionorte e do Instituto de Saúde Coletiva da Universidade Federal do Oeste do Pará (Ufopa). wgomesleal@gmail.com

Notas

  • a Os neurônios possuem dois tipos de ramos: axônios e dendritos. Os axônios são finos cabos biológicos que levam o impulso nervoso de um neurônio para outro. Eles são rompidos após trauma na medula espinhal, como devido a um acidente automobilístico. Também são lesionados em várias outras doenças neurológicas, como no AVC.
  • b Os progenitores neurais diferem das células-tronco, pois são mais diferenciados, ou seja, têm a propensão a se transformar em células de tecidos específicos. Um progenitor neural, portanto, tem a propensão de se transformar em células do sistema nervoso, como neurônios, astrócitos e oligodendrócitos.
  • c Em tecnologia, o relé é um dispositivo eletromecânico com inúmeras aplicações possíveis em comutação de contatos elétricos, servindo para ligar ou desligar dispositivos. É normal o relé estar ligado a dois circuitos elétricos. No caso do relé eletromecânico, a comutação é realizada alimentando-se a bobina do mesmo. Analogicamente, o relé neuronal é um grupo de novos neurônios derivados de progenitores neurais dentro dos enxertos que crescem na área de lesão, unem os dois lados da medula espinhal lesionada e induzem recuperação funcional;
  • d A matriz de fibrina é uma espécie de cola biológica formada por um tipo de proteína fibrosa importante em processos de cicatrização. Ela é comumente usada em enxertos no local de cirurgias para acelerar a cicatrização, como em cirurgias odontológicas. No Paul teve a ideia de colocar um uma mistura de dez fatores tróficos dentro de uma matriz de fibrina com progenitores neurais e enxertar no local da lesão da medula espinhal. Os fatores tróficos são proteínas, como o fator de crescimento neural, NGF, que contribuem para a sobrevivências das células. Dessa forma, Paul Lu garantiu que o enxerto de células-tronco sobrevivesse adequadamente.

Referências

  1. Lu P. Stem cell transplantation for spinal cord injury repair. Prog Brain Res 2017; 231:1-32. doi: 10.1016/bs.pbr.2016.11.012.
  2. Lu P, Wang Y, Graham L et al. Long-distance growth and connectivity of neural stem cells after severe spinal cord injury. Cell 2012; 150: 1264-73. doi: 10.1016/j.cell.2012.08.020.
  3. Lu P, Woodruff G, Wang Y et al. Long-distance axonal growth from human induced pluripotent stem cells after spinal cord injury. Neuron 2014; 83: 789-96. doi: 10.1016/j.neuron.2014.07.014.
  4. Lu P, Gomes-Leal W, Anil S, Dobkins G, Huie JR, Ferguson AR, Graham L, Tuszynski M. Origins of Neural Progenitor Cell-Derived Axons Projecting Caudally after Spinal Cord Injury. Stem Cell Reports 2019; 13: 105-114. doi: 10.1016/j.stemcr.2019.05.011.
  5. Rosenzweig ES, Brock JH, Lu P et al. Restorative effects of human neural stem cell grafts on the primate spinal cord. Nat Med 2018; 24: 484-490. doi: 10.1038/nm.4502.
Na imagem no alto, o biólogo chinês Paul Lu, pesquisador do Center for Neural Repair do departamento de neurociências da Universidade da California em San Diego (USCD), nos Estados Unidos. Foto: Arquivo pessoal.

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