Tratamento de lesões da medula espinal que causam paralisia avança com organoides na Northwestern University

Cientistas deram um passo importante rumo ao tratamento de lesões da medula espinal que provocam paralisia.

Em placas de laboratório, uma equipa da Northwestern University conseguiu cultivar pequenos organoides da medula espinal humana. Depois, os investigadores lesionaram estas amostras e aplicaram um tratamento que ajudou o tecido a reparar-se e a regenerar-se.

"Decidimos desenvolver dois modelos diferentes de lesão num organoide de medula espinal humana e testar a nossa terapia para ver se os resultados se assemelhavam ao que já tínhamos observado anteriormente no modelo animal", afirma o engenheiro biomédico Samuel Stupp.

"Depois de aplicarmos a nossa terapia, a cicatriz glial diminuiu de forma significativa até ficar praticamente indetetável, e vimos neuritos a crescer, lembrando a regeneração de axónios que observámos nos animais. Isto valida que a nossa terapia tem boas probabilidades de funcionar em humanos."

Por que as lesões da medula espinal causam paralisia

As lesões da medula espinal conduzem frequentemente à paralisia porque as células nervosas danificadas no sistema nervoso central têm uma capacidade reduzida de regeneração. Em parte, isto acontece devido a mecanismos de supressão que travam o crescimento de novos axónios e ao aparecimento de tecido cicatricial, que é difícil de atravessar para as fibras nervosas.

IKVAV-PA e as moléculas 'dançantes'

Num trabalho anterior, Stupp e os seus colegas criaram um material chamado IKVAV-PA, que utilizaram para reverter a paralisia em ratinhos com uma lesão grave da medula espinal. O elemento central desta abordagem são péptidos terapêuticos supramoleculares - apelidados de moléculas 'dançantes' - capazes de acompanhar o movimento dos recetores nas células nervosas e, assim, estimular o recrescimento dos axónios.

"Tendo em conta que as próprias células e os seus recetores estão em movimento constante, é fácil imaginar que moléculas que se movem mais rapidamente encontrem estes recetores com maior frequência", explicou Stupp em 2021. "Se as moléculas forem lentas e não tão 'sociais', podem nunca chegar a entrar em contacto com as células."

Modelos em ratinho são valiosos, mas representam apenas uma fase inicial. Apesar de estes pequenos animais fornecerem um contexto laboratorial razoável para explorar um potencial tratamento, o passo seguinte mais lógico é testá-lo em tecido humano - não em pessoas, onde algo poderia correr mal, mas em aglomerados cultivados a partir de células estaminais.

"Um dos aspetos mais entusiasmantes dos organoides é podermos usá-los para testar novas terapias em tecido humano", diz Stupp. "Fora de um ensaio clínico, é a única forma de atingir esse objetivo."

Organoides da medula espinal humana para testar terapias

Foi exatamente isso que a equipa fez. A partir de células estaminais pluripotentes induzidas de um dador adulto, os investigadores produziram organoides de medula espinal com 3 milímetros de largura e mantiveram-nos em cultura durante vários meses. Ao longo desse período, os organoides passaram a exibir grande parte da arquitetura celular da medula espinal humana, incluindo neurónios, astrócitos e camadas de tecido organizadas.

Quando os organoides atingiram maturidade suficiente, alguns foram cortados com um bisturi, enquanto outros sofreram uma lesão por compressão, semelhante ao traumatismo por esmagamento que pode ocorrer num acidente de viação. Ambos os tipos de lesão podem resultar em paralisia.

Em todos os casos, os organoides apresentaram morte imediata de células nervosas, formação de cicatrizes gliais - que se desenvolvem em torno da área danificada no sistema nervoso central - e inflamação, num padrão semelhante ao observado em lesões reais da medula espinal.

"Conseguimos distinguir entre os astrócitos que fazem parte do tecido normal e os astrócitos na cicatriz glial, que são grandes e muito densamente compactados", explica Stupp. "Também detetámos a produção de proteoglicanos de sulfato de condroitina, que são moléculas do sistema nervoso que respondem a lesões e doença."

De seguida, aplicou-se o líquido IKVAV-PA a algumas lesões, enquanto outras foram tratadas com um controlo que não continha as moléculas 'dançantes'. Nas lesões que receberam o tratamento, o líquido gelificou de imediato, formando uma estrutura de suporte; em simultâneo, as moléculas ativas promoveram, por vias químicas e físicas, o recrescimento das células nervosas.

A diferença foi marcante. Em comparação com o grupo de controlo, os organoides tratados exibiram muito menos inflamação e cicatrização e, em contrapartida, um recrescimento significativamente superior de células nervosas.

Ainda deverá demorar anos até estar pronto para ser testado em humanos, mas a consistência dos resultados, tanto em modelos de ratinho como em modelos de tecido humano, é muito promissora para o desenvolvimento de terapêuticas futuras.

A investigação foi publicada na Nature Biomedical Engineering.