Reprogramar as células para combater as doenças da velhice
reprogramação das células já existentes no nosso organismo, de forma a torná-las mais eficientes em processos de regeneração, é o foco do trabalho de Lino Ferreira no Centro de Neurociências e Biologia Celular da Universidade de Coimbra. “No fundo, o que fazemos é enviar-lhes mensagens, de forma a que sejam mais proativas e eficientes.” E para que a mensagem chegue bem ao destino, o “método de entrega” também é crucial.
Oenvelhecimento é o maior fator de risco para boa parte das doenças que conhecemos. À medida que vamos ficando mais velhos, a nossa capacidade de regeneração vai-se perdendo e o organismo fica menos capaz para responder a “agressões”. Muito por culpa das células, que à medida que envelhecem vão também elas perdendo propriedades e deixando de cumprir de forma eficaz a função que lhes foi atribuída. Mas, e se pudermos “reprogramar” as células, da mesma forma que corrigimos o código de um software de computador, por exemplo?
Esse trabalho de reprogramação das células é o que move Lino Ferreira nos laboratórios do Centro de Neurociências e Biologia Celular (CNC) da Universidade de Coimbra, onde dirige o Grupo de Terapias Avançadas, que tem por objetivo desenvolver novas terapias para doenças associadas à idade, como doenças cardiovasculares e do sistema nervoso central, from the bench to the bedside – ou seja, que possam ser facilmente transpostas para a prática clínica (da bancada de laboratório para a cama do paciente). Com uma particularidade: Lino e a sua equipa apostam em aproveitar os materiais endógenos do corpo para esse trabalho de regeneração e combate ao envelhecimento. Ou seja, potenciar os recursos do próprio organismo.
“A nossa capacidade de regeneração vai-se perdendo com a idade, porque temos processos de envelhecimento nas células estaminais”, refere o investigador. As células estaminais são células com uma enorme versatilidade, que têm a capacidade de se autorrenovar indefinidamente e de se diferenciarem em vários outros tipos de células com funções específicas no organismo. Conseguem reparar tecidos danificados e substituir as células que vão morrendo, sendo fundamentais no tratamento de diversas doenças.
A importância dessas células estaminais no universo da medicina regenerativa “levou a comunidade científica e médica, nas últimas décadas, a investir na ideia de trans
O que fazemos é enviar mensagens a nichos de células no nosso corpo, de forma que elas sejam mais proativas, mais rápidas a iniciar o processo de regeneração.”
Lino Ferreira Investigador
plantar esse tipo de células para colmatar lesões”, recorda o cientista. “Fizeram-se, e ainda se fazem, muitos ensaios clínicos baseados nessa ideia: se há esse défice, porque não transplantar células estaminais de forma que possamos ter essas células diferenciadas que vão ajudar na regeneração de um órgão ou tecido?”
Esse foi o paradigma que reinou durante muitos anos. No laboratório que dirige no CNC da Universidade de Coimbra, em Cantanhede, Lino Ferreira tem explorado um outro caminho para alguns casos de medicina regenerativa. “A nossa ideia é que, se calhar, essa não é a melhor forma. E porquê? Porque muitas destas células transplantadas morrem passados alguns dias, elas não conseguem enxertar-se, ligar-se às outras que já existem”, nota, explicando que a razão para esse insucesso dos transplantes tem muitas vezes a ver com as condições dos tecidos existentes, “que já têm isquemia, processos inflamatórios” que dificultam a compatibilidade.
Por isso em alguns casos, em vez de fazer essa transplantação, o que a equipa liderada por este investigador tenta fazer é modular células progenitoras existentes no nosso corpo. Ou seja, “reprogramar” as células já existentes, de forma a torná-las mais eficientes. “No fundo, o que fazemos é enviar-lhes mensagens, a nichos de células no nosso corpo, de forma que sejam mais proativas, mais rápidas a iniciar o processo de regeneração em determinado local ou função.”
Sistemas avançados de entrega de terapias
Ora, para conseguir fazê-lo há duas tarefas fundamentais que dominam a atividade do laboratório de Lino Ferreira no CNC: por um lado, há que escolher bem a mensagem que se quer fazer chegar às células, quais as formulações ideais (uma mistura de ‘ingredientes’ que pode englobar células estaminais e seus derivados, proteínas ou moléculas envoltas em alguns biomateriais) para ativar ou inibir uma função; por outro lado, há que determinar o modo de entrega mais eficaz dessa mensagem na célula. Além do desenvolvimento de terapias celulares e moleculares, o cientista dedica também uma boa parte da sua investigação, portanto, a criar sistemas avançados de entrega dessas terapias dentro do nosso organismo.
A afirmação da reprogramação molecular como ferramenta ao dispor de uma medicina personalizada requer o aperfeiçoamento destes novos sistemas de entrega de fatores de reprogramação nas células, com o objetivo de modular a atividade e/ou identidade celular. E esses sistemas devem ser acionados de forma precisa no tempo e no espaço, por meios não invasivos.
Foi, aliás, um desses projetos inovadores de entrega e ativação de fatores de reprogramação que, em 2012, valeu a Lino Ferreira uma prestigiada bolsa ERC Starting Grant, atribuída pelo Conselho Europeu de Investigação, a premiar então um projeto denominado Nano Trigger, que consistia na ativação de nanomateriais para modular a atividade celular. Agora, viu recentemente validada uma formulação inovadora para a entrega de moléculas, que se revelou eficaz no tratamento de lesões agudas da pele, mas cujo potencial se revela muito mais abrangente.
“A aplicação, neste caso, foi em células da pele de diabéticos, num contexto de feridas agudas, mas o importante é que a tecnologia desenvolvida tem um potencial muito grande não só no contexto da pele, e pode ser relevante também no contexto do coração, no contexto do cérebro. Há um conjunto muito diverso de aplicações em que pode ser utilizada”, descreve o investigador. Sobretudo ao nível das chamadas “doenças isquémicas”, que resultam de falta de vascularização. “E o facto de haver falta de vascularização faz com que os tecidos sejam pobremente oxigenados e fiquem com défice de atividade, de função. Esse foi sempre o foco do grupo, as doenças isquémicas. Mas há um conjunto variado de doenças onde pode ser aplicado este procedimento”, explica.
Ativação por luz confere precisão
Estas formulações têm duas componentes importantes: uma é serem baseadas em ARN não codificantes, pequenas moléculas que regulam o ARN mensageiro (cujo trabalho é transmitir a mensagem genética contida no ADN e transformá-la em todas as proteínas que nos permitem respirar, pensar, mexer, viver); a segunda componente importante é o facto de estas soluções serem remotamente ativadas por ação da luz.
E porque é que isso é interessante? “Porque permite entregar de uma forma bem mais eficiente essas moléculas dentro das células.” Nos últimos anos, têm surgido diversas estratégias de entrega de fármacos utilizando sequências de ARN não-codificantes para tratar doenças da pele. No entanto, o caráter sensível destas moléculas e a dificuldade de entrada nas células da pele têm dificultado os resultados. Seja porque a nossa pele tem enzimas que degradam o material genético externo ou porque as moléculas têm dificuldade em quebrar a barreira de entrada nas células da pele.
Por isso a equipa coordenada por este investigador pretendia “desenvolver formulações que consigamos controlar de modo a diminuir possíveis efeitos colaterais e que, simultaneamente, aumentem a eficácia intracelular do ARN libertado. É a grande vantagem deste sistema, não só libertamos o seu conteúdo, mas também controlamos esta libertação, sem danificar outras células à volta”.
“Não podemos libertar as moléculas fora das células. E com a ação da luz podemos controlar de uma forma bem mais precisa o tempo certo dessa libertação no interior das células. Isso é relevante porque, se não o fizermos dessa forma, elas, sendo internalizadas pelas células, eventualmente serão degradadas pelos mecanismos existentes nelas”, explica Lino Ferreira.
Além da precisão temporal na libertação destes fármacos, acrescenta o cientista, é fundamental a componente espacial. “Ou seja, nós queremos entregar estas moléculas a determinado tipo de células, neste caso da pele. E não a todas. Só algumas. Só as que estão danificadas ou as que são mais preponderantes no mecanismo biológico de regeneração da pele. Não nos interessa estar a modular as
outras células, até porque pode trazer alguns efeitos colaterais que poderão não ser desejáveis.” Portanto, é necessário que esta solução seja de rápida absorção e eficácia, sem provocar respostas indesejadas. Esta formulação sensível à luz permite isso: “controlo sobre localidade e tempo da entrega do seu princípio ativo”.
Para chegar até esta solução, a equipa de Lino Ferreira começou por procurar formulações baseadas em nanopartículas biodegradáveis, orgânicas e que não causassem nenhuma ou causassem pouca toxicidade, e desenvolveram uma biblioteca de nanopartículas com essas características que fossem ativáveis pela luz – ou seja, quando estimuladas por luz azul, libertam o material que transportam dentro das células antes de serem expulsas pelas mesmas. Depois, utilizando recursos avançados, como microscopia automatizada ou algoritmos de machine-learning, selecionaram as melhores formulações. De um conjunto de 160 formulações com ação controlável pela luz identificaram seis que se mostraram “bastante mais rápidas e eficientes”.
Moléculas de ARN estimulam regeneração
Com a “mensagem” entregue de forma eficiente no local e no tempo, a ação fica então a cargo do material incluído nas formulações.
Neste caso, trata-se de moléculas ARN não codificante de princípio ativo inovador, que em modelos animais com lesões agudas na pele promoviam uma cicatrização mais rápida e eficaz, comparando com os animais sem controlo (não sujeitos à terapêutica).
“Estamos a falar de um microARN e de um short interference ARN, dois tipos de moléculas que têm essa capacidade de interferir com o processamento do ARN mensageiro, que é o que leva à codificação das proteínas nas células”, especifica Lino Ferreira. “No caso do microARN, é libertado nas células endoteliais e faz com que elas proliferem e formem vasos sanguíneos. No outro caso é um processo bem mais complexo, que envolve vários parceiros. Já não é importante apenas pela parte vascular, mas também pela atividade dos queratinócitos, que são células diferenciadas do tecido epitelial (pele) que formam a parte mais externa da pele e controlam processos de reepitelização, levando à cicatrização mais rápida da pele”, explica.
Estas formulações terapêuticas regenerativas têm, portanto, uma aplicação muito localizada. “Sabemos que algumas destas formulações são mais internalizadas por determinado tipo de células. Temos algumas formulações que podem ser mais internalizadas pelas células endoteliais, que formam os vasos sanguíneos, outras são mais internalizadas pelos fibroblastos, que são células muito ativas para formar a cicatriz, são elas que secretam matriz celular para preenchimento da zona de lesão”, exemplifica. “Isso traz um benefício grande no sentido de atuar nas células que são realmente importantes para este processo de regeneração.”
A inovação do projeto, sublinha o investigador, “não é tanto sob o prisma das biomoléculas que estamos a entregar, mas sim pela formulação, pelo vetor que leva essas moléculas”. E aponta o exemplo das atuais vacinas de ARN mensageiro contra a covid-19 para ilustrar a importância destas formulações, que funcionam como “veículo de entrega” dos princípios ativos que se quer fazer chegar às células. “Hoje em dia, com a pandemia, é realçada a importância do ARN mensageiro para levar à produção de um determinado tipo de proteína, neste caso de uma parte do vírus, que faz com que se inicie o processo de imunidade, mas também, e isso é muito relevante, a importância destas formulações que transportam o ARN mensageiro. Sem estas formulações não era possível entregar o ARN mensageiro”, refere.
Potencial para aplicação a várias doenças
A eficácia demonstrada por este tipo de soluções poderá, assim, vir a ser bastante útil para o tratamento de lesões graves da pele, associadas a outro tipo de doenças, como a diabetes tipo II, psoríase ou outras doenças do foro inflamatório. Mas a potencialidade é muito mais abrangente. “A pele, digamos, foi uma prova de conceito”, diz. Provada a funcionalidade, o modelo destas formulações pode ser replicado noutros contextos, com as devidas adaptações.
O facto de essas formulações serem entregues através de ativação de luz azul, por laser, leva a que a penetração seja mais limitada à superfície. Mas a equipa de Lino Ferreira está já a “trabalhar também com algumas formulações que são ativadas por infravermelhos, em que as limitações serão menores do que na luz azul”, e, antecipa, “há um conjunto de outras formulações que ainda não estão publicadas e que permitem outro tipo de penetração muito mais profunda no corpo e abordar a regeneração de outro tipo de células e outro tipo de órgãos”.
De resto, numa outra linha de investigação, o grupo também está a usar estas formulações para libertação de ARN mensageiro. “É ARN mensageiro que nós produzimos em laboratório, fora da célula, e que vai ser entregue dentro da célula, onde vai produzir uma proteína de interesse. E aí estamos a trabalhar, por exemplo, no contexto de doenças relacionadas com fibroses. Não só no contexto da pele, mas também pode ser utilizado no contexto cardíaco, por exemplo.”
Em Coimbra, onde foi crescendo nos últimos anos uma espécie de hub de investigação dedicado à área do envelhecimento – e que há de ter como ex-líbris o Instituto Multidisciplinar do Envelhecimento (MIA), o primeiro centro de investigação de excelência no Sul da Europa para a área do envelhecimento ativo e saudável (com inauguração prevista para 2023) –, Lino Ferreira está entre os principais protagonistas desse ecossistema, liderando também uma Era Chair sobre envelhecimento, um fundo atribuído pelo programa europeu Horizonte 2020 para fomentar o desenvolvimento da investigação em determinadas áreas.
A procura por novas terapêuticas aplicáveis na medicina regenerativa é uma das maiores apostas entre as estratégias de combate ao envelhecimento. “São duas áreas que se cruzam naturalmente”, aponta o investigador. O desenvolvimento de biotecnologia para gerir os recursos endógenos do corpo humano face a ameaças como as apresentadas pelas doenças ligadas ao avançar da idade continuará a ser o foco do seu trabalho, sempre com uma filosofia em “potenciar o que já existe no nosso organismo para chegar à regeneração”.
E todos os avanços e recuos nesse caminho ficarão registados no seu caderno de laboratório, o objeto de eleição deste investigador, natural de Santo Tirso e com um percurso académico que passou por Nova Iorque e Boston (MIT), antes do regresso a Coimbra (onde fez a licenciatura em Bioquímica) como investigador principal. “O caderno de laboratório é um objeto fascinante para mim, porque tem a ideia de construção. Quando fazemos ciência, nós partimos de hipóteses, algumas delas, ou muitas delas, colapsam e vão sendo substituídas por outras hipóteses. E quando publicamos, muitas daquelas ideias que colapsaram deixaram de existir. E as pessoas o que veem são essas hipóteses finais. Há todo um processo de construção que a maior parte das pessoas desconhece a complexidade que envolveu chegar a um determinado destino. Esse é um processo fascinante.” Um processo que fica detalhadamente registado nesse caderno, uma espécie de “livro de viajem”. Ali, Lino regista “o que resultou, o que falhou, porque é que falharam essas hipóteses, o que interessa repetir…”. Porque, lembra, “o ponto de partida e o ponto de chegada são muitas vezes distintos”.
E por falar em ponto de chegada, o que é que o deixaria realizado enquanto investigador? “Essa capacidade de podermos regenerar de forma mais eficiente é transformadora. É uma meta importante.”
A aplicação, neste caso, foi em células da pele de diabéticos, mas a tecnologia tem um potencial muito grande, que pode ser relevante noutros contextos, como coração ou cérebro. O facto de estas formulações serem ativadas remotamente por ação da luz permite entregar de forma bem mais eficiente as moléculas dentro das células que pretendemos. Lino Ferreira Investigador