Mas pode haver outra opção personalizada no horizonte, de acordo com Xiaojun “Lance” Lian, professor associado de engenharia biomédica e biologia da Penn State. Pela primeira vez, Lian e sua equipe converteram células-tronco humanas em células beta capazes de produzir insulina usando apenas pequenas moléculas em laboratório, tornando o processo mais eficiente e econômico.

As células-tronco podem se tornar outros tipos de células por meio de sinais em seu ambiente, e algumas células maduras podem reverter para células-tronco – pluripotência induzida. Os pesquisadores descobriram que sua abordagem funcionou para células-tronco embrionárias humanas e pluripotentes induzidas, ambas derivadas de linhas de células-tronco aprovadas pelo governo federal. De acordo com Lian, a eficácia de sua abordagem pode reduzir ou eliminar a necessidade de células-tronco embrionárias humanas em trabalhos futuros. Eles publicaram seus resultados hoje (26 de agosto) em Relatórios de células-tronco.

“O diabetes é uma doença grave nos Estados Unidos e em todo o mundo”, disse Lian. “As próprias células imunológicas do paciente matam sua capacidade de produzir insulina e regular seus níveis de glicose. Achamos que as células-tronco poderiam resolver o problema e permitir que uma pessoa regule seus níveis de insulina e glicose adequadamente novamente”.

As células-tronco podem se tornar qualquer tipo de célula por meio de condições ambientais ou interferência de laboratório. O truque, disse Lian, é descobrir as condições precisas para influenciar uma célula-tronco para se tornar uma versão funcional do tipo de célula desejado.

“Se pudéssemos converter células-tronco em células beta pancreáticas e transferi-las de volta para o paciente, seria possível curar o diabetes”, disse Lian. “É uma pergunta difícil. Os cientistas tentam encontrar a solução há mais de 20 anos. Nosso laboratório percebeu que precisávamos adotar uma abordagem diferente.”

Em tentativas anteriores, segundo Lian, os pesquisadores usaram fatores de crescimento, ou grupos de proteínas, para manipular células-tronco em vários tipos de células. Os fatores de crescimento, no entanto, são caros e instáveis, resultando em um processo de fabricação caro e ineficiente.

“Em 2012, nossa equipe descobriu um mediador molecular completamente novo que poderia diferenciar células-tronco no estágio de mesoderme ou endoderme, que são pontos de desenvolvimento no caminho para células maduras”, disse Lian, observando que o processo fez uso de pequenas moléculas orgânicas em vez de do que fatores de crescimento maiores. “Essas pequenas moléculas são muito mais baratas e muito mais estáveis ​​do que os fatores de crescimento, e ainda podemos emular o efeito dos fatores de crescimento para diferenciar as células-tronco em um estágio intermediário”.

As pequenas moléculas compreendem um composto químico chamado CHIR99021 (CHIR) e ativam a via de sinalização chamada Wnt, que direciona a célula para um dos tipos intermediários. Quando Wnt está totalmente ativado, a célula se torna um mesoderma e, eventualmente, uma célula cardíaca madura. Mas uma dose menor de CHIR ativa apenas parcialmente a via Wnt, resultando em uma célula endodérmica que pode ser induzida a uma célula beta pancreática madura ou célula hepática.

“Ninguém mais descobriu isso porque você precisa otimizar com precisão e cuidado a concentração de CHIR”, disse o primeiro autor Yuqian Jiang, estudante de doutorado em engenharia biomédica no laboratório de Lian. “Sabemos que o CHIR é importante para a diferenciação de células-tronco, mas outros podem testar apenas uma concentração fora do alvo desse produto químico e pensar que não funciona. Testamos todas as concentrações possíveis e encontramos a exata para diferenciar as células-tronco em células endodérmicas.”

Os pesquisadores dosaram células com concentrações crescentes de CHIR. Eles descobriram que a dose mais baixa não era suficiente para converter as células, enquanto as doses mais altas matavam completamente as células. Na segunda e terceira doses mais baixas, até 87% das células-tronco tornaram-se células endodérmicas que poderiam ser posteriormente guiadas para se tornarem células beta pancreáticas.

“A diferenciação de células beta leva cerca de um mês, com a adição de diferentes coquetéis químicos estabelecidos por pesquisas anteriores em diferentes etapas”, disse Jiang. “Mas os protocolos anteriores usavam fatores de crescimento para avançar as células-tronco para as células endodérmicas. Nosso protocolo elimina essa necessidade, economizando custos e ainda produzindo um bom número de células.”

Os pesquisadores também testaram as células beta pancreáticas desenvolvidas com glicose. As células produziram insulina com base na glicose presente em seu ambiente, demonstrando sua funcionalidade, disse Lian. Para evitar que os corpos dos pacientes matem essas células – o problema inicial para pessoas com diabetes tipo 1 – os pesquisadores planejam encapsular as células beta derivadas de células-tronco com polímeros de biomateriais antes de transplantá-las. De acordo com Lian, isso protegeria as células enquanto ainda permitia que elas sentissem seu ambiente e produzissem níveis adequados de insulina.

“Nossa abordagem nos permite usar o mesmo produto químico de baixo custo em diferentes doses para gerar diferentes tipos de células intermediárias, uma das quais pode se tornar células beta pancreáticas”, disse Lian. “Agora estamos trabalhando para otimizar essa abordagem e movê-la para testes clínicos, mas fizemos o trabalho árduo de reduzir significativamente o custo. A terapia celular é incrível, mas nem todo mundo pode pagar. Nosso objetivo é torná-lo disponível para todos que precisam.”

Lian também é afiliado ao Instituto Huck de Ciências da Vida.

“Quando ouvi Lance pela primeira vez falar sobre o que ele estava tentando fazer, fiquei impressionado com sua audácia”, disse Andrew Read, diretor do Huck Institutes of the Life Sciences. “Seu trabalho resume o tipo de ciência que visa mudar completamente o jogo. Estou muito satisfeito por ele ter alcançado este importante marco.”

Outros colaboradores incluem os membros do laboratório de Lian, Chuanxin Chen, que se formou em 2018 e agora está no Laboratório Bioland na China, e Lauren N. Randolph, pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Engenharia Biomédica e nos Institutos Huck de Ciências da Vida. Xin Zhang e Songtao Ye, do Departamento de Química da Eberly College of Science; e Xiaoping Bao, da Davidson School of Chemical Engineering da Purdue University, também contribuíram.

O Instituto Nacional de Imagens Biomédicas e Bioengenharia dos Institutos Nacionais de Saúde, a National Science Foundation e a Penn State apoiaram este trabalho.

Fonte da história:

Materiais fornecido por Penn State. Original escrito por Ashley J. WennersHerron. Nota: O conteúdo pode ser editado para o estilo e comprimento.

Referência de revista:

1. Yuqian Jiang, Chuanxin Chen, Lauren N. Randolph, Songtao Ye, Xin Zhang, Xiaoping Bao, Xiaojun Lance Lian. Geração de progenitores pancreáticos a partir de células-tronco pluripotentes humanas por pequenas moléculas. Relatórios de células-tronco, 2021, DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.07.021