Ilustração por Andy Potts; Foto: Chris Goodfellow/Gladstone Inst.Shinya Yamanaka ganhou um Prêmio Nobel por seu trabalho na reprogramação de células adultas para um estado embrionário.
“temos colónias.”Shinya Yamanaka olhou de surpresa para o postdoc que havia falado. “Nós temos colônias”, disse Kazutoshi Takahashi novamente., Yamanaka saltou de sua mesa e seguiu Takahashi até sua sala de cultura de tecidos, na Universidade de Kyoto, no Japão. Sob um microscópio, eles viram pequenos aglomerados de células-o culminar de cinco anos de trabalho e uma conquista que Yamanaka nem tinha certeza de ser possível.duas semanas antes, Takahashi tinha retirado células da pele de ratinhos adultos e infectado-os com um vírus concebido para introduzir 24 genes cuidadosamente escolhidos. Agora, as células foram transformadas., Pareciam e comportavam — se como células-tronco embrionárias-células pluripotentes, com a capacidade de se desenvolver em pele, nervo, músculo ou praticamente qualquer outro tipo de célula. Yamanaka olhou para o Alquimia celular antes dele. “Naquele momento, eu pensei, ‘Isso deve ser algum tipo de erro'”, lembra. Ele pediu a Takahashi para realizar a experiência de novo — e de novo. Funcionou sempre.nos próximos dois meses, Takahashi reduziu os genes para apenas quatro que eram necessários para fazer recuar o relógio de desenvolvimento., Em junho de 2006, Yamanaka apresentou os resultados para uma sala atordoada de cientistas no Encontro Anual da Sociedade Internacional de pesquisa de células estaminais em Toronto, Canadá. Ele chamou as células de “células ES”, mas mais tarde se referiria a elas como células-tronco pluripotentes induzidas, ou células iPS. “Muitas pessoas simplesmente não acreditaram”, diz Rudolf Jaenisch, um biólogo do Massachusetts Institute of Technology em Cambridge, que estava na sala. Mas Jaenisch sabia e confiava no trabalho de Yamanaka, e achava que era “engenhoso”.,
As células prometeram ser um dom para a medicina regenerativa: os pesquisadores podem tomar a pele de uma pessoa, sangue ou outras células, reprogramá-los em células iPS, e então usá-los para crescer células do fígado, neurônios ou o que fosse necessário para tratar uma doença. Esta terapia personalizada contornaria o risco de rejeição imunitária, e evitaria as preocupações éticas de usar células derivadas de embriões.dez anos depois, os objectivos mudaram, em parte porque essas terapias se revelaram um desafio para se desenvolverem., O único ensaio clínico que utilizou células iPS foi interrompido em 2015 após apenas uma pessoa ter recebido um tratamento.
mas as células iPS fizeram a sua marca de uma forma diferente. Tornaram-se um instrumento importante para a modelização e investigação de doenças humanas, bem como para o rastreio de medicamentos. Melhores formas de fazer as células, juntamente com as tecnologias de edição de genes, transformaram as células iPS em um cavalo de trabalho de laboratório-proporcionando um fornecimento ilimitado de tecidos humanos outrora inacessíveis para pesquisa., Isso tem sido especialmente valioso nos campos do desenvolvimento humano e doenças neurológicas, diz Guo-li Ming, um neurocientista na Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, que tem usado células iPS desde 2006.o campo ainda tem dores de crescimento. À medida que mais e mais laboratórios adotam células iPS, os pesquisadores lutam com consistência. “O maior desafio é colocar todos na mesma página com controle de qualidade”, diz Jeanne Loring, bióloga de células estaminais do Instituto de Pesquisa Scripps em La Jolla, Califórnia., “Ainda há papéis a sair onde as pessoas fizeram algo notável com uma linha celular, e acontece que mais ninguém pode fazer isso”, diz ela. “Temos toda a tecnologia. Só precisamos que as pessoas a usem correctamente.”
da pele aos olhos
seis semanas após a apresentação dos seus resultados, Yamanaka e Takahashi publicaram 1 as identidades dos genes responsáveis pela reprogramação das células adultas: Oct3 / 4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Ao longo do ano seguinte, três laboratórios, incluindo Yamanaka, confirmaram os resultados e melhoraram o método de reprogramação2, 3, 4., Dentro de mais seis meses, Yamanaka e James Thomson na Universidade de Wisconsin–Madison conseguiram reprogramar células adultas de humans5, 6. Labs around the world correu para usar a técnica: no final de 2009, cerca de 300 trabalhos sobre células iPS tinham sido publicados.
muitos laboratórios focaram em descobrir quais tipos de células adultas poderiam ser reprogramadas, e em que as células iPS resultantes poderiam ser transformadas., Outros procuraram melhorar ainda mais a reprogramação de receita, inicialmente por eliminating7 a necessidade do uso de c-Myc, um gene com potencial para transformar algumas células cancerosas, e, mais tarde, entregando os genes, sem eles, a integração no genoma, um iminente preocupação com a segurança para iPS-terapias baseadas em células.
outra grande questão era como as células iPS eram semelhantes às células ES. As diferenças começaram a surgir. Os cientistas descobriram 8 que as células iPS retêm uma ‘memória epigenética’ – um padrão de marcas químicas em seu DNA que reflete seu tipo celular original., Mas especialistas argumentam que tais alterações não devem afetar o uso das células em terapias. “Pode haver algumas diferenças em relação às células ES, mas eu acredito que elas realmente não são relevantes”, diz Jaenisch.
Piscina/Yomiuri Shimbun/AP
até 2012, quando Yamanaka ganharam metade do Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina para o trabalho, o primeiro teste em seres humanos de um iPS-celular-terapia à base estava sendo planejado., Masayo Takahashi, um oftalmologista do RIKEN Center for Developmental Biology (CDB) em Kobe, Japão, estava desenvolvendo tratamentos baseados em células-ES para doenças da retina quando Yamanaka publicou seu primeiro método de reprogramação. Ela rapidamente mudou para células iPS, e eventualmente começou a colaborar com Yamanaka.
em 2013, a sua equipa fez células iPS a partir de células da pele de duas pessoas com degeneração macular relacionada com a idade, uma condição ocular que pode levar à cegueira, e usou-as para criar folhas de células do pigmento retiniano epitélio (RPE) para um ensaio clínico., Pouco tempo depois, pesquisadores do CDB trabalhando em outra técnica de reprogramação celular-estímulo — aquisição de pluripotência, ou STAP-foram investigados por má conduta. Apesar de não estar ligada ao teste de células iPS, o furore tornou difícil para Takahashi avançar seu estudo: ele criou um “vento de cabeça no mar calmo” no qual ela estava trabalhando, ela diz. No entanto, sua equipe avançou, e em 12 de setembro de 2014, médicos implantaram os primeiros lençóis RPE no olho direito de uma mulher em seus anos setenta., Takahashi diz que a terapia interrompeu a degeneração macular da mulher e iluminou sua visão.mas como o laboratório se preparou para tratar o segundo participante do ensaio, a equipe de Yamanaka identificou duas pequenas alterações genéticas tanto nas células iPS do paciente quanto nas células RPE derivadas delas. Não havia nenhuma evidência de que qualquer uma das mutações estava associada com a formação de tumores, no entanto, Yamanaka aconselhou Takahashi a suspender o ensaio. Foi ela.,
A suspensão deu pausa a outros pesquisadores interessados no campo, diz Paul Knoepfler, um biólogo de células estaminais da Universidade da Califórnia, Davis: “o mundo está observando para ver como ele progride.”Mas as dificuldades que as células iPS têm enfrentado para chegar à clínica não são tão incomuns, diz David Brindley, que estuda regulamentação e fabricação de células estaminais na Universidade de Oxford, Reino Unido. Geralmente leva cerca de 20 anos para mover uma descoberta científica para adoção clínica e comercial, então as células iPS “estão seguindo aproximadamente a mesma trajetória”, diz ele.,nos Estados Unidos, o Astellas Institute for Regenerative Medicine em Marlborough, Massachusetts (anteriormente tecnologia de células avançadas), tem várias terapias baseadas em células iPS em seu oleoduto, incluindo aquelas para degeneração macular e glaucoma, diz O oficial científico chefe Robert Lanza. Para qualquer terapia, leva anos para elaborar um método adequado para fazer os tipos de células certas em quantidades suficientes, e com pureza suficiente. “as células iPS são as terapias mais complexas e dinâmicas que já foram propostas para a clínica”, diz Lanza., “Eu sou o primeiro que quer ver essas células na clínica, mas uma abundância de cautela é necessária.”
O Outro grande desafio é determinar o que será necessário para que tais tratamentos sejam aprovados. Loring espera iniciar um ensaio de terapia com células iPS para a doença de Parkinson nos próximos dois anos. Mas não será fácil: o tratamento utiliza células derivadas de pacientes individuais, e o Loring planeja fazer uma série complexa de verificações e validações para cada linha celular para demonstrar a sua segurança à Food and Drug Administration dos EUA.,desenvolver e testar uma terapia em apenas uma pessoa foi educacional, diz Yamanaka: demorou um ano e US$1 milhão. Ele espera que futuras terapias usem células iPS derivadas de doadores de um banco de células, em vez de fazê-las para cada paciente.
Takahashi planeia comparar as células iPS banked lado a lado com as derivadas dos doentes, para observar quaisquer diferenças na reacção imunitária. Ela pretende se aplicar ao governo japonês para retomar seu julgamento de degeneração macular “muito em breve”, mas quando perguntado, não especificaria uma linha do tempo.,embora a terapia celular tenha sofrido retrocessos, outras áreas de pesquisa floresceram. Métodos para fazer células iPS “são mais refinados e elegantes do que eram até cinco anos atrás”, diz Knoepfler.
mas a maioria das técnicas de reprogramação são ineficientes: apenas uma pequena fracção das células acaba por ser totalmente reprogramada. E, como todas as linhas celulares, as células iPS variam de uma estirpe para outra. Isso tornou difícil estabelecer controlos em experiências.,Marc Tessier-Lavigne, neurocientista da Universidade Rockefeller em Nova Iorque, confrontou este desafio com colegas da Fundação de células estaminais de Nova Iorque quando começaram a trabalhar com células iPS feitas de pessoas com doença de Alzheimer precoce e demência frontotemporal. Eles rapidamente perceberam que comparar as células iPS de um paciente com as de um controle saudável não funcionou — as células se comportaram de forma muito diferente na cultura, provavelmente o resultado de disparidades no fundo genético ou expressão genética. “Então nos voltamos para a edição de genes”, diz Tessier-Lavigne.,
“The world is watching to see how it progress.”
O CRISPR–Cas9 gene-ferramenta de edição, que ganhou enorme popularidade nos últimos anos, tem permitido que pesquisadores para apresentar doenças associadas a mutações em uma amostra de células iPS e, em seguida, compará-los com o original, não editada linhas de células. O laboratório de Jaenisch usa CRISPR-Cas9 com células iPS diariamente. “Podemos fazer as manipulações que quisermos”, diz ele.métodos de edição de genes novos e refinados estão se provando ainda mais úteis., Em abril, por exemplo, Dominik Paquet e Dylan Kwart no laboratório de Tessier-Lavigne, demonstraram uma técnica para introduzir mutações pontuais específicas em células iPS usando CRISPR, e editar apenas uma cópia de um gene, em vez de ambos. Isto permitiu-lhes gerar células com combinações precisas de mutações associadas à doença de Alzheimer, e estudar os efeitos.mas como as células iPS se assemelham a células embrionárias, nem sempre são ideais para estudar doenças de início tardio, como demência. Assim, os pesquisadores estão explorando formas de estresse das células ou introduzir proteínas que as envelhecem prematuramente., “É uma preocupação válida que não foi resolvida, mas há uma série de abordagens para realmente tentar enfrentá-la”, diz Tessier-Lavigne.
o facto de as células iPS imitarem o desenvolvimento humano precoce provou ser útil noutro campo — a sprint para descobrir se e como a infecção com o vírus Zika em mulheres grávidas pode levar a microcefalia, uma condição em que a cabeça de um bebé é menor do que o esperado. Ming e seus colegas usaram células iPS para criar organoides cerebrais-pedaços de tecido 3D que se assemelham a órgãos em desenvolvimento., Quando eles expostos estes para Zika, eles found10 que o patógeno infecta preferencialmente neural, células-tronco nos recém-formado de neurônios, levando ao aumento da morte de células-tronco neurais e uma diminuição no volume de uma camada de neurônios no córtex, assemelhando-se a microcefalia.
outros grupos têm usado células iPS para criar organóides como mini-tripas e mini-fígados, e a lista de descobertas relacionadas com doenças usando células iPS está crescendo., Ele inclui mostrar como uma duplicação de genes no glaucoma causa a morte de clusters de células nervosas11, e recapitulando alterações genéticas e celulares associadas com a doença de Huntington.as células iPS também têm sido usadas com algum sucesso na descoberta de drogas: elas fornecem uma fonte abundante de células derivadas de pacientes para rastrear ou testar drogas experimentais. Em 2012, por exemplo, células-tronco neurais feitas de pessoas com uma doença de desenvolvimento de células nervosas foram usadas para rastrear cerca de 7.000 pequenas moléculas e identificar uma droga potencial para a condição13., E este ano, uma equipe relatou 14 neurônios sensoriais gerados a partir de células iPS feitas de pessoas com um transtorno de dor hereditário. Os investigadores mostraram que um composto bloqueador de sódio reduziu a excitabilidade dos neurónios e diminuiu a dor nos doentes. Seria ótimo usar células iPS para prever se as pessoas vão responder a uma determinada droga, diz Edward Stevens, um pesquisador da Pfizer Neuroscience and Pain Research Unit em Cambridge, Reino Unido, que liderou o trabalho, mas haverá muito mais evidências de que tal estratégia funciona.,mesmo após uma década de reprogramação de células (ver “Inducing a revolution”), os pesquisadores não sabem em detalhes como o processo realmente ocorre. Por enquanto, o campo está focado na verificação sistemática da identidade e segurança das linhas celulares, verificando seus genomas, padrões de expressão genética e muito mais. Um desses esforços, o Banco Europeu para as células estaminais pluripotentes induzidas, centrado em Cambridge, Reino Unido, lançou publicamente o seu catálogo de células iPS padronizadas para utilização na modelização de doenças em março deste ano., Yamanaka também está envolvido em células iPS bancárias para futuras terapias, coletando variedades que seriam imunologicamente compatíveis em uma ampla população.os maiores desafios futuros, diz ele, não são científicos. Os investigadores vão precisar de um forte apoio da indústria farmacêutica e dos governos para avançar com as terapias celulares; para a descoberta de medicamentos e a modelização de doenças, os investigadores têm de ser persistentes e pacientes. as células iPS só podem encurtar o processo de descoberta, não ignorá-lo, diz ele. “Não há magia. Com células iPS ou qualquer nova tecnologia, ainda demora muito tempo.,”