Saúde & Bem-EstarComo cultivar mini-fígados humanos no laboratório para ajudar a resolver doenças do fígado

The Conversation2 semanas atrás17 minEsquerda: O biorreator. Direita: Um esqueleto de fígado de rato que foi preenchido com fígado humano, células vasculares e inflamatórias. (UPMC , CC BY-SA)
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A insuficiência hepática terminal causa cerca de 30.000 mortes nos EUA anualmente. Até agora, o único tratamento definitivo é o transplante de fígado, mas a falta de fígados de doadores é um fator limitante. A segunda causa de insuficiência hepática resulta do dano progressivo causado pela doença hepática gordurosa alcoólica e não alcoólica(DHGNA). O número de pessoas com essa condição está crescendo rapidamente em paralelo com as epidemias de obesidade e diabetes. Para entender como esta doença progride, os pesquisadores precisam de modelos que imitem como a doença ocorre em humanos. Mas acho que podemos ter resolvido esse problema. Pesquisadores em meu laboratório descobriram como cultivar um mini fígado humano.

Sou médico-cientista e meu laboratório estuda novas abordagens para entender e tratar doenças do fígado. Comecei a me interessar pelo fígado durante a faculdade de medicina no México, quando um membro da minha família morreu de insuficiência hepática terminal.

Depois da faculdade de medicina, ganhei um Ph.D. em engenharia de tecidos do fígado e regeneração. Eu então treinei na China e na Suécia para aprender como desenvolver órgãos artificiais baseados em células. Por fim, estudei na Harvard Medical School, onde aprendi a resgatar órgãos que não eram úteis para o transplante e usá-los para manipular o tecido do fígado no laboratório. Depois de todos esses anos, consegui um emprego na Universidade de Pittsburgh, um foco mundial de pesquisa sobre o fígado.

A doença hepática gordurosa não alcoólica engloba um espectro de alterações hepáticas. (Natali1979 / Shutterstock.com)
Como cultivar um fígado no laboratório

O fígado é um órgão particularmente incomum no corpo humano, porque é o único que pode se regenerar. Ele também realiza cerca de 500 funções diferentes, incluindo o processamento de produtos químicos ou drogas, gordura e todos os nutrientes que você come. E fabrica muitas moléculas essenciais.

Pela primeira vez, meus colegas e eu manipulamos geneticamente fígados inteiros de mini-humanos usando células-tronco pluripotentes induzidas (iPS), um tipo de célula-tronco que pode ser gerada a partir de células adultas da pele ou do sangue.

Você pode se perguntar como você “cresce” um mini-órgão humano a partir de células-tronco. Então deixe-me explicar. Primeiro coletamos células adultas da pele de uma pessoa saudável e as cultivamos no laboratório. Então, modificamos geneticamente essas células para desativar um gene chamado SIRT1, que no fígado normal é responsável por regular o metabolismo da gordura e controlar a inflamação do fígado.

O próximo passo é uma segunda modificação genética na qual adicionamos quatro genes específicos que convertem essas células da pele adultas em células iPS que têm o potencial de se diferenciar em quase qualquer tipo de célula do corpo.

Uma vez que essas células tenham revertido para células-tronco, nós as multiplicamos em grandes frascos até termos milhões. Então os expomos a diferentes fatores de crescimento para desencadear sua transformação em células do fígado em uma placa de Petri.

Finalmente, pegamos as células do fígado manipuladas e as introduzimos em um fígado de rato no qual todas as células de rato foram removidas, deixando apenas um andaime estrutural feito de substância natural chamada colágeno. Isto proporciona uma estrutura na qual as células do fígado humano podem crescer e formar um órgão sólido em uma câmara feita para suportar o crescimento de órgãos, conhecido como biorreator. Aqui, nós adicionamos outras células humanas no biorreator para induzir a formação de tecidos e vasos no mini-órgão. Esse processo leva cerca de 28 dias.

Quando terminamos, temos um mini fígado que mede entre 5 e 7 centímetros de diâmetro. É muito emocionante ver este formulário em tempo real.

Esquerda: O biorreator. Direita: Um esqueleto de fígado de rato que foi preenchido com fígado humano, células vasculares e inflamatórias. (UPMC , CC BY-SA)
Mini-fígados são semelhantes aos fígados normais

O aspecto valioso de nossos mini-fígados cultivados em laboratório é que eles imitam muitos aspectos da DHGNA humana e sua progressão para uma condição mais grave conhecida como esteato-hepatite não alcoólica, ou EHNA. Isso permitirá que nós e outros pesquisadores do fígado estudem o processo da doença e descubram como intervir.

Como nós modificamos geneticamente as células do fígado para diminuir a atividade do gene SIRT1 – que normalmente regula o armazenamento de gordura e metabolismo – os mini fígados humanos começaram a imitar a disfunção metabólica observada nos tecidos de pacientes com doença hepática gordurosa. Esses órgãos começaram a acumular gordura, tornando-se amarelos à medida que os níveis de gordura subiam nas células. Para mim, assistir a essa mudança de órgão foi a parte mais emocionante.

Após quatro dias de supressão do gene SIRT1 nos mini-fígados, realizamos vários testes para entender como a gordura é processada, como outros genes de processamento de gordura se comportam e como as células do fígado se parecem ao microscópio.

Descobrimos que cerca de 80% das deficiências no processamento de gordura observadas em pacientes com doença hepática gordurosa estavam presentes em nossos mini-fígados gordurosos humanos modificados. Acho isso emocionante porque significa que podemos criar fígados realistas semelhantes aos do fígado dos pacientes, que podemos usar para testar novas terapias ou encontrar novos marcadores de doença.

Usando fígados de laboratório para teste de drogas

Então, qual é o motivo de cultivar um mini-fígado? Eu e meus colegas acreditamos que será uma ferramenta valiosa para testar os medicamentos candidatos. Em alguns casos, esses mini-fígados podem ser mais precisos do que os ratos para descobrir se uma droga será eficaz em humanos.

Por exemplo, há vários anos, em testes pré-clínicos, os animais com doença hepática gordurosa receberam o agente farmacológico resveratrol, uma molécula presente nas uvas e no vinho tinto que realça as funções do gene SIRT1. Isso reduziu com sucesso o acúmulo de gordura em camundongos e sugeriu que ele poderia fazer o mesmo em humanos com fígados gordurosos.

No entanto, os ensaios clínicos em humanos foram inconclusivos. Mas quando nossos mini-fígados gordurosos humanos foram tratados com resveratrol, descobrimos que não tinha efeito sobre o acúmulo de gordura. Os resultados conflitantes em humanos e camundongos podem ser devido a diferenças interespécies entre a doença em pessoas e a doença em modelos animais atuais de doença hepática gordurosa não-alcoólica. Isso ressalta o valor de órgãos cultivados em laboratório criados com células humanas.

Em última análise, a capacidade de gerar tecido hepático doente humano utilizando células iPS geneticamente modificáveis ​​de diferentes populações humanas é importante. Os seres humanos nascem com diferentes variações genéticas que podem predispor a diferentes doenças. Assim, gerar diferentes mini-fígados humanos com diferentes variações genéticas é um poderoso recurso que permite, pela primeira vez, explorar o papel dessas variações genéticas na doença.

Meu grupo projetou o presente estudo para modificar a expressão de apenas um gene, simplificando essa doença complexa, para entender a doença hepática gordurosa não alcoólica e sua progressão para NASH. Em experimentos futuros, planejo controlar a função de muitos genes simultaneamente.

Nossos mini-fígados não são réplicas perfeitas do fígado humano. Não foi possível imitar todas as características importantes da NASH, e esses mini-fígados não amadureceram completamente quando comparados a um fígado humano adulto. Então, eu e meus colegas continuaremos a explorar como modificar esses fígados para fazer réplicas mais precisas desse incrível órgão.

Por Professor de Patologia da Universidade de Pittsburgh.

Esse artigo foi publicado originalmente no The Conversation.

Você pode ler o artigo original aqui.

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