A capacidade das células estaminais para se diferenciarem numa pletora de células adultas distintas levou a uma grande excitação tanto na literatura científica como nos meios leigos. Após anos de investigação, porém, as provas tangíveis da sua promessa continuam a ser elusivas. Serão as células estaminais uma bala mágica para múltiplas patologias da coluna vertebral? Wellington Hsu (Evanston, EUA) e Mark Erwin (Toronto, Canadá) avaliam a ciência por detrás do hype.
Uma das aplicações potenciais mais excitantes para as células estaminais é a doença degenerativa do disco. Porque seria preferível a regeneração com células estaminais à discectomia?
Wellington Hsu: A degeneração de discos é provavelmente o maior problema clínico que os cirurgiões da coluna vertebral vêem. Toda a gente tem degeneração discal a níveis variáveis e, quando isto causa dores lombares baixas, pode ser debilitante. Também custa aos sistemas de saúde milhares de milhões de dólares.
Apesar de termos este problema, não temos realmente uma solução adequada para ele.
O único tratamento cirúrgico para a doença degenerativa do disco (DDD) é realmente retirar o disco inteiro e fundir ou substituir esse segmento. Esta é uma abordagem relativamente extrema e agressiva, porque não estamos a preservar a fisiologia do disco ou a biomecânica desse segmento. Se houvesse uma solução que proporcionasse a capacidade de regenerar o disco para restaurar o que a natureza tinha pretendido – então, nas opiniões de muitos autores, os resultados para estes pacientes poderiam ser melhorados.
Mark Erwin: É importante notar que o tratamento cirúrgico aborda os efeitos a jusante do DDD incluindo hérnias discais, remodelação óssea na interface disco/vertebral sob a forma de barras osteocondral, bem como ligamentos hipertróficos e doença facetária. Como tal, o tratamento cirúrgico pode aliviar estruturas neurais comprimidas e pode proporcionar maior estabilidade aos segmentos vertebrais quando necessário.
No entanto, tratamentos cirúrgicos como a discectomia não são capazes de abordar os problemas fundamentais do próprio processo degenerativo: perda de células viáveis, degeneração da matriz extracelular, e propriedades biomecânicas comprometidas.
DDD progressivo resulta na perda da integridade da matriz extracelular dentro do núcleo pulposo do disco intervertebral (IVD) que é acompanhada por fissuras e rasgões do anel fibroso (AF). Outra característica cardinal da DDD é a perda progressiva de células viáveis devido à apoptose, necrose e autofagia, cuja soma total leva a uma IVD NP mais acelular com homeostase disregulada. medida que a DCV degenera, há uma mudança para um ambiente pró-inflamatório e catabólico, levando a um ciclo de retroalimentação positivo de maior degeneração e função DVI comprometida.
Uma terapia biológica baseada em células eficaz teria de mitigar a perda de células viáveis e do meio pró-inflamatório/catabólico da DCV, e restabelecer a regulação homeostática. Dependendo do grau de DDD, os agentes injectáveis poderiam funcionar desta forma. A eficácia de tal abordagem, contudo, dependeria de células nativas, não senescentes e funcionais que, por sua vez, poderiam traduzir as proteínas necessárias de modo a ter um impacto positivo no ambiente da DDD.
Em teoria, a substituição celular poderia reabastecer o NP IVD com células novas capazes de se integrar na matriz NP e, através das suas propriedades secretas, suprimir o ambiente degenerativo pró-catabólico, sintetizar novas proteínas de matriz extracelular saudáveis que poderiam ajudar no restabelecimento da homeostase IVD, e conferir efeitos pró-sobreviventes às células NP residentes.
Dados convincentes permanecem esquivos
Células estaminais podem ser o tipo de célula mais apropriado para estes fins devido à sua plasticidade de diferenciação inerente, propriedades anti-inflamatórias e baixa imunogenicidade. Contudo, dados convincentes que apoiam um fenótipo de destino “NP” continuam a ser elusivos. Uma pesquisa recente do PubMed utilizando “Terapia com células estaminais para doenças degenerativas discal” como termo de pesquisa produziu 287 resultados, demonstrando o grande interesse na comunidade científica.
Foram publicados cerca de 30 estudos pré-clínicos em animais utilizando células estaminais para tratar DDD, com muitos a demonstrarem resultados positivos e outros a relatarem efeitos nulos ou agravados. Actualmente estão em curso vários ensaios clínicos em humanos utilizando células estaminais de várias fontes como potenciais tratamentos para o DDD, no entanto muito resta ainda por determinar em termos da melhor escolha de célula, via de administração, número de células, selecção de pacientes e muito mais.
WH: Muitos métodos diferentes têm sido propostos para regenerar discos humanos. As células estaminais parecem ser uma terapia promissora, em grande parte porque esta área é avascular. Muitos tratamentos alternativos requerem um ambiente ricamente vascular; necessitam de muitos vasos sanguíneos para fornecer ao corpo os componentes necessários para regenerar o tecido.
Neste tipo de ambiente biológico, as células estaminais podem ter o potencial de funcionar porque teoricamente podem proliferar por si próprias. Podem ajudar a produzir um microambiente sem um fornecimento vascular que pode permitir ao corpo regenerar esse tecido.
Um tratamento autólogo poderia também reduzir algumas das preocupações com infecções, cancro e outras complicações que poderiam surgir da terapia com células estaminais.
Por que mecanismos poderiam as células estaminais funcionar para ajudar a regenerar os discos?
WH: Existem realmente dois mecanismos principais pelos quais vemos células estaminais a funcionar – não apenas para a regeneração de discos, mas também com outras aplicações.
Assim, o primeiro seria o facto de as células proliferarem e depois diferenciarem-se no tipo de célula que seria necessária para produzir tecido. Neste caso, seria uma célula condrogénica ou tipo cartilagénica para a qual se pretende que as células estaminais evoluam, e depois, uma vez que isso aconteça, podem produzir o tecido cartilagénico/disco. Este é um tipo de mecanismo semelhante que também foi proposto para a regeneração óssea.
A outra – que recebeu mais atenção recentemente – é que as células criam um micro-ambiente que permite ao corpo regenerar o próprio tecido do disco. Assim, o que quero dizer com isto é que as células que são entregues já não se tornam a cartilagem ou a célula produtora do disco. Em vez disso, continuam a ser células estaminais. Estas células secretam então factores de crescimento e matrizes, e os blocos de construção que o corpo pode utilizar para regenerar o tecido na área.
Este mecanismo parece ser mais viável, em grande parte porque há muitos passos necessários para que uma célula estaminal se torne uma célula primária num ambiente estranho. Ao fornecer os blocos de construção necessários, estas células estaminais podem, em última análise, conduzir à regeneração do tecido.
Pensa que existem provas promissoras na investigação para apoiar este segundo mecanismo?
WH: Neste momento, temos uma série de ensaios clínicos em curso nos EUA que procuram as células estaminais para regenerar discos. Assim, se estes ensaios estiverem a mostrar segurança, eficácia e melhoria em pacientes com dores nas costas, então sim – penso que teremos este tratamento disponível para humanos em breve.
Como se aplica às provas agora, há muito trabalho básico e clínico em curso para delinear as vias pertinentes. Esperamos que as provas futuras nos ajudem a determinar que.
Quão longe pensam que estamos de aplicações clínicas de células estaminais para regeneração?
WH: Existe um produto actualmente em fase 3 de ensaios clínicos na US Food and Drug Administration (FDA) chamado Mesoblast.1 Se os resultados desse estudo forem favoráveis, então poderemos ter células estaminais disponíveis para o tratamento de doenças degenerativas discal muito em breve. Tanto quanto sei, de todos os produtos de base celular, este ensaio é o mais próximo de ser concluído que pode fornecer à comunidade da coluna vertebral as provas necessárias.
Mas, se esse ensaio não mostrar qualquer melhoria significativa em comparação com o placebo, então poderão passar cinco, dez ou quinze anos antes de vermos surgir outro produto. Mas, creio que estamos perto de ver produtos comercialmente disponíveis para regeneração de discos, devido ao progresso dos produtos que foram estudados em ensaios clínicos.
ME: Embora existam vários ensaios clínicos em humanos actualmente em curso, a terapia com células estaminais como tratamento para o DDD humano deve ser considerada experimental. O destino das células estaminais mesenquimais transplantadas (tais como as de origem medular) pós-transplante é em grande parte desconhecido. Será que sobrevivem? Em caso afirmativo, durante quanto tempo? Qual é o seu fenótipo de diferenciação pós-transplante? Não existe consenso em relação ao número de células a transplantar.
Mecanismos de acção permanecem controversos
Um ensaio Mesoblast2 investigou a eficácia do transplante de 6 ou 18×106 células/disco, e outro ensaio europeu transplantou até 23×106 células/disco. Outros ensaios transplantaram até 30×106 células/disco. Os resultados iniciais do Mesoblast sugerem que a dose 6×106 era preferível, mas claramente estas são ordens de magnitude maiores do que o número de células que normalmente residem dentro de um disco humano. Os níveis normais variam de acordo com o grau de DDD, mas o número nas centenas de milhares; um número distante de 20×106 células!
Outras vezes, o(s) mecanismo(s) de acção permanece(m) controverso(s).
As células integram-se realmente dentro do meio NPVD? Será que secretam moléculas anti-degenerativas e actuam sobre as células viáveis restantes? Esses mecanismos parácrinos poderão ter algum efeito no caso de células senescentes? Quanto tempo sobrevivem as células transplantadas (se sobreviverem) e é suficiente transplantar células sozinhas?
p>Adicionalmente, no disco degenerativo mais avançado, considera-se que a degeneração/calcificação das placas terminais compromete a difusão para dentro e para fora do NP DVD. Nesta situação, como irão as células sobreviver dentro de um ambiente tão hostil? E, que paciente é o candidato ideal para o transplante?
Embora haja ainda muitas questões por responder, existe uma atracção considerável pela noção de terapia de substituição celular.
Spotlight on notochordal cells
Por Mark Erwin
O nosso laboratório tem vindo a investigar células notocordais há mais de uma década. Estas células notáveis são os blocos de construção do disco intervertebral e são bem conhecidas por persistirem nos discos de animais resistentes ao desenvolvimento de DDD, tais como porcos e coelhos não condrodistroficos. Estas células também povoam ricamente o NP IVD nos seres humanos, mas perdem-se no final da infância/princípio da adolescência, com a sua perda curiosamente associada ao início precoce do DDD.
Os processos que regem a sobrevivência das células notocordais são actualmente desconhecidos – tal como a razão pela qual persistem nos discos de alguns animais e não de outros (tais como os humanos). Curiosamente, células exibindo marcadores de estaminais estão presentes no interior de células IVD humanas maduras NP (bem como de outras espécies animais) mesmo quando as células notocordais grandes e fisicamente faiscópicas estão ausentes. Isto levanta a questão, será que as células notocordais simplesmente morrem com o passar do tempo ou será que transdiferem em células do tipo condrócito com maturidade? Existe alguma ligação ainda desconhecida entre células notocordais e células estaminais e, em caso afirmativo, qual é e qual é o seu significado?
A nossa equipa e outras investigaram os efeitos das moléculas segregadas por células notocordais e os efeitos destas moléculas segregadas sobre outras células NP. Relatámos recentemente que o meio condicionado com células notocordais (NCCM) suprime a morte das células NP nos seres humanos,4 e validámos que o NCCM canino injectado no disco degenerativo medeia a degeneração do disco e confere um efeito regenerativo.
Furthermore, identificámos recentemente os factores necessários e suficientes segregados por células notocordais não condrodistroficas caninas IVD NP e demonstrámos que uma única injecção de formas recombinantes destes factores no disco degenerativo pode mediar o DDD e conferir um efeito regenerativo.5 Não creio que a utilização de células notocordais em si seja uma preocupação prática com respeito ao tratamento de DDD, no entanto, compreender a sua contribuição para a homeostase IVD e ser capaz de fornecer os factores importantes que secretam pode muito bem levar a uma nova terapia molecular para tratar DDD.
Um próximo passo importante seria examinar a utilização de versões recombinantes das moléculas importantes secretadas por células notocordais num modelo animal de grande porte adequado de DDD. Após a conclusão bem sucedida de um ensaio tão caro e complexo, vem o dispendioso processo de aprovação regulamentar que conduz a um ensaio clínico em humanos. Dependendo de uma série de factores, isto poderá estar em funcionamento dentro de três a cinco anos.
Além do seu papel bioquímico/molecular, alguns investigadores levantam a hipótese de que as células notocordais podem contribuir para a carga. Para este fim, determinámos que o NP NP de células notocordais rico em células notocordais apresenta propriedades biomecânicas e bioquímicas superiores em comparação com os NP de células notocordais deficientes de uma forma que tem semelhanças com a condição humana,6 embora muito haja ainda a determinar nesta área. O que é certo é que a Mãe Natureza continua a guardar ciosamente o(s) papel(s) preciso(s) desempenhado(s) por estas fascinantes células e o seu papel no desenvolvimento, maturação e manutenção da DVI.
p>Que outras aplicações poderiam existir para as células estaminais na coluna vertebral?
ME: Existem basicamente duas áreas onde as células estaminais foram avaliadas; patologia da medula espinal e DDD. Há um interesse considerável na utilização de células estaminais para tratar doenças como a esclerose lateral amiotrófica (ALS/doença dos neurónios motores) e lesões da medula espinal com alguns ensaios clínicos concluídos ou em curso. Infelizmente, ainda não houve avanços significativos, embora alguns estudos de segurança tenham sido concluídos.
WH: Há pelo menos um ensaio em curso nos EUA com a utilização de células estaminais embrionárias. Isto está muito mais longe do que os estudos de regeneração de discos, porque temos de estabelecer a segurança antes da eficácia. Mas, a aplicação de células estaminais numa lesão aguda da medula espinal pode proporcionar uma redução da lesão secundária e pode conduzir a melhores resultados motores após o tratamento. Estes ensaios estão na fase um, o que significa que o tratamento com células estaminais para lesão medular está ainda muito longe.
Muitas perguntas sobre o futuro das células estaminais permanecem sem resposta
ME: Existem 15 estudos de patologia da medula espinal listados em www.clinicaltrials.gov com apenas dois estudos concluídos, quatro de recrutamento, quatro de estado desconhecido, um suspenso, dois activos-não-recrutados, um retirado e um terminado. Embora alguma informação preliminar tenha sido obtida, muito resta ainda por determinar em relação ao melhor método de entrega de células estaminais, fonte de células estaminais, número de células a serem entregues e o paciente ideal para receber tal terapia. Estas considerações são comuns a todas as potenciais aplicações de células estaminais relacionadas com o spin.
As questões “elefante na sala”, por assim dizer, requerem uma compreensão razoável do que as células transplantadas realmente fazem, no que se tornam, se e como se integram dentro da matriz extracelular do local do transplante, e quanto tempo sobrevivem uma vez transplantadas. Muitas destas questões permanecem sem resposta.
WH: Uma arena promissora para a terapia com células estaminais seria a formação óssea, ou a fusão vertebral. Existem produtos comercialmente disponíveis no mercado que são baseados em células e que estão a ser utilizados para esse fim.
Células têm potencial de formação óssea, e temos mais estudos nessa área para a cirurgia da coluna vertebral do que para a regeneração de discos, uma vez que já temos produtos no mercado.
Que barreiras existem à investigação de células estaminais na coluna vertebral?
ME: A noção de utilizar células estaminais para tratar doenças da coluna vertebral não é nova, no entanto o campo não fez progressos significativos em grande parte devido à complexidade da substituição celular em geral e, especificamente, aos desafios de abordar as patologias da coluna vertebral.
WH: A população de pacientes que sofre de degeneração discal pode ser uma barreira à investigação. Muitos pacientes podem ter dores lombares baixas por outras razões que não os seus discos degenerados.
Se não tiver a selecção certa de pacientes nestes ensaios clínicos, isto pode confundir os dados. Se aceitar alguém num ensaio que tenha dores lombares degenerativas que não sejam realmente provenientes da sua doença degenerativa discal, mas que sejam, por exemplo, provenientes dos tecidos moles circundantes, então regenerar o disco não irá necessariamente ajudar essa pessoa. Como não existe um único teste de diagnóstico que consiga localizar definitivamente o gerador da dor, a selecção do paciente é uma barreira significativa para um ensaio clínico provar superioridade.
Além disso, o facto de estas células estaminais gostarem de se tornar muitos tipos diferentes de células – não apenas células produtoras de cartilagem, mas também células produtoras de ossos e células produtoras de músculos – é por isso que são chamadas células mesenquimais. Tentar bloquear a resposta do corpo, ou a propensão desta célula para desenvolver um caminho alternativo, é talvez mais incómodo e mais difícil do que conduzir uma célula para o caminho adequado. Portanto, diria que, mecanisticamente, essa é provavelmente a segunda maior barreira.
Quando acha que podemos começar a ver tratamentos com células estaminais validados utilizados na prática clínica?
ME: No que respeita à utilização de células estaminais na prática clínica, a palavra importante é “validação”. Estamos muito longe de uma terapia com células estaminais validada para o tratamento de DDD, devido às razões discutidas anteriormente. Isto aplica-se à maioria das potenciais terapias com células estaminais na coluna vertebral e, embora muito tenha sido aprendido, muito mais resta ainda por compreender antes de qualquer validação poder ser contemplada. A terapia com células estaminais deve, neste momento, permanecer experimental.
Barreiras aos transplantes de células estaminais para além dos obstáculos científicos que certamente subsistem devem incluir preocupações regulamentares, uma vez que é provável que as células estaminais exijam algum tipo de “manipulação” – que poderia incluir simplesmente a expansão do número de células. Os riscos de neoplasia e outros efeitos adversos precisam de ser cuidadosamente estudados, bem como a segurança para cada método putativo de transplante.
Outras vezes, estes estudos são tremendamente caros criando um obstáculo financeiro que – para além dos desafios regulamentares – levanta a fasquia à entrada nesta excitante, mas desafiante arena.
O que pensa que o futuro reserva às células estaminais na cirurgia da coluna vertebral? Iremos usá-las normalmente durante a próxima década?
WH: Espero bem que sim. Não é como se tivéssemos acabado de começar a estudar as células estaminais. Temos vindo a investigar este campo da cirurgia da coluna vertebral de forma muito intensa nos últimos 15-20 anos, e ainda só existem aplicações limitadas neste momento. Tenho esperança de que, com mais investigação, seremos capazes de nos concentrar melhor num processo de doença no fornecimento de células estaminais ao paciente adequado.
Não penso certamente que as células estaminais sejam a panaceia – que poderiam ser aplicadas de imediato, independentemente da condição. Não prevejo que isso aconteça. Mas, vejo uma aplicação focalizada de células estaminais que irá beneficiar grandemente os pacientes no futuro. Só nos levará algum tempo a chegar lá porque é um processo tão complexo.
“Não falhei, apenas encontrei 10.000 formas que não funcionam”
ME: Há um interesse considerável e uma necessidade clínica de substituição celular para tratar doenças da coluna vertebral, tais como lesões da medula espinal, DDD, ALS e outras. No entanto, a pressa na utilização clínica deve ser temperada com um sólido entendimento científico e racional. Por conseguinte, é vital avaliar cuidadosamente potenciais intervenções terapêuticas inovadoras.
A emergência do turismo de células estaminais e a falta de regulação nestas áreas tem assistido ao aumento de eventos adversos muito graves, incluindo neoplasia no caso de terapias com células estaminais para lesões da medula espinal. A história está repleta de exemplos de resultados desfavoráveis na medicina que são consequência de uma pressa em implementar novos tratamentos. Para este fim, a famosa citação de Thomas Edison continua a ser relevante hoje em dia; “Não falhei, apenas encontrei 10.000 formas que não funcionam”.
Wellington Hsu é um cirurgião ortopédico na Northwestern University, Chicago, EUA. Mark Erwin é um investigador na Universidade de Toronto, Toronto, Canadá
br>1. https://clinicaltrials.gov (Identificação NCT02412735)
2. https://clinicaltrials.gov (Identificação NCT01290367)
3. Berkowitz, et al. New England Journal of Medicine 2016; 375:196-198
4. Mehrkens, et al. The Spine Journal 2017; 17(4): 579-588
5. Matta, et al. Relatórios científicos 2017; 7: 45623 (doi: 10.1038/srep45623)
6. Erwin, et al. Arthritis Research & Therapy 2015; 17:240
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