Células - troncoCélulas - tronco

Profº: Cláudio Giovannini

IntroduçãoIntrodução

Entre as cerca de 75 trilhões de células existentes em Entre as cerca de 75 trilhões de células existentes em um homem adulto, por exemplo, são encontrados em um homem adulto, por exemplo, são encontrados em torno de 200 tipos celulares distintos. torno de 200 tipos celulares distintos.

Todos eles derivam de células precursoras, Todos eles derivam de células precursoras, denominadas “células-tronco”. denominadas “células-tronco”.

A célula-tronco prototípica é o óvulo fertilizado (zigoto). A célula-tronco prototípica é o óvulo fertilizado (zigoto). Essa única célula é capaz de gerar todos os tipos Essa única célula é capaz de gerar todos os tipos celulares existentes em um organismo adulto, até os celulares existentes em um organismo adulto, até os gametas — óvulos e espermatozóides — que darão gametas — óvulos e espermatozóides — que darão origem a novos zigotos (Figura 1)origem a novos zigotos (Figura 1)

IntroduçãoIntrodução

Fig. 1: Organismo completo, com inúmeros tipos diferentes de células, forma-se a partir de apenas uma célula — o óvulo fertilizado (zigoto).

IntroduçãoIntrodução

Logo após a fecundação, o zigoto começa a se dividir: uma Logo após a fecundação, o zigoto começa a se dividir: uma célula em duas, duas em quatro, quatro em oito e assim por célula em duas, duas em quatro, quatro em oito e assim por diante. Pelo menos até a fase de oito células, cada uma delas diante. Pelo menos até a fase de oito células, cada uma delas é capaz de se desenvolver em um ser humano completo. São é capaz de se desenvolver em um ser humano completo. São chamadas dechamadas de totipotentestotipotentes..

Na fase de oito a dezesseis células, as células do embrião se Na fase de oito a dezesseis células, as células do embrião se diferenciam em dois grupos: um grupo de células externas diferenciam em dois grupos: um grupo de células externas que vão originar a placenta e os anexos embrionários, e uma que vão originar a placenta e os anexos embrionários, e uma massa de células internas que vai originar o embrião massa de células internas que vai originar o embrião propriamente ditopropriamente dito..

Após 72 horas, este embrião, agora com cerca de cem Após 72 horas, este embrião, agora com cerca de cem células, é chamado de células, é chamado de blastocisto. blastocisto. As células internas do As células internas do blastocisto vão originar as centenas de tecidos que compõem blastocisto vão originar as centenas de tecidos que compõem o corpo humanoo corpo humano. . São chamadas de células tronco São chamadas de células tronco embrionáriasembrionárias pluripotentespluripotentes (Figura 2)(Figura 2)

IntroduçãoIntrodução

Figura 2: Representação esquemática da disposição das células-tronco no embrião.

HistóriaHistória

A incrível capacidade de gerar um organismo adulto A incrível capacidade de gerar um organismo adulto completo a partir de apenas uma célula tem fascinado completo a partir de apenas uma célula tem fascinado os biólogos desde que o fisiologista alemão Theodor os biólogos desde que o fisiologista alemão Theodor Schwann (1810-1882) lançou, em 1839, as bases da Schwann (1810-1882) lançou, em 1839, as bases da teoria celular.teoria celular.

Já no início do século 20, vários embriologistas, entre Já no início do século 20, vários embriologistas, entre eles os alemães Hans Spemann (1869-1941) e Jacques eles os alemães Hans Spemann (1869-1941) e Jacques Loeb (1859-1924), começaram a decifrar os segredos Loeb (1859-1924), começaram a decifrar os segredos das células-tronco através de experimentos engenhosos das células-tronco através de experimentos engenhosos

com células de embriõescom células de embriões. .

HistóriaHistória Tais pesquisas revelaram que, quando as duas primeiras células de Tais pesquisas revelaram que, quando as duas primeiras células de

um embrião de anfíbio são separadas, cada uma é capaz de gerar um embrião de anfíbio são separadas, cada uma é capaz de gerar um girino normal, e que, mesmo após as quatro primeiras divisões um girino normal, e que, mesmo após as quatro primeiras divisões celulares de um embrião de anfíbio, o núcleo dessas células celulares de um embrião de anfíbio, o núcleo dessas células embrionárias ainda pode transmitir todas as informações embrionárias ainda pode transmitir todas as informações necessárias à formação de girinos completos, se transplantado necessárias à formação de girinos completos, se transplantado para uma célula da qual o núcleo tenha sido retirado (célula para uma célula da qual o núcleo tenha sido retirado (célula anucleada).anucleada).

Apareceu uma pergunta fundamental para a moderna biologia do Apareceu uma pergunta fundamental para a moderna biologia do desenvolvimento: o núcleo de uma célula totalmente diferenciada desenvolvimento: o núcleo de uma célula totalmente diferenciada seria capaz de gerar um indivíduo adulto normal, se transplantado seria capaz de gerar um indivíduo adulto normal, se transplantado para um óvulo anucleado? Em 1996, o nascimento da ovelha Dolly, para um óvulo anucleado? Em 1996, o nascimento da ovelha Dolly, primeiro mamífero clonado a partir do núcleo de uma célula adulta primeiro mamífero clonado a partir do núcleo de uma célula adulta diferenciada (uma célula epitelial de glândula mamária), trouxe a diferenciada (uma célula epitelial de glândula mamária), trouxe a resposta.resposta.

Características:Características: São indiferenciadas;São indiferenciadas; Têm a capacidade de gerar Têm a capacidade de gerar

não só novas células-tronco não só novas células-tronco como grande variedade de como grande variedade de células diferenciadas células diferenciadas funcionais (Figura 3). funcionais (Figura 3).

Figura 3: A divisão das células-tronco embrionárias segue dois modelos: o determinístico (A), que gera sempre uma célula-tronco e uma célula diferenciada, e o aleatório (B), em que podem ser geradas

diversas combinações de células.

A

B

CaracterísticasCaracterísticas

As células-tronco podem ser de dois tipos: as As células-tronco podem ser de dois tipos: as embrionáriasembrionárias, conhecidas há mais tempo, que aos , conhecidas há mais tempo, que aos poucos, com o desenvolvimento do embrião, produzem poucos, com o desenvolvimento do embrião, produzem todas as demais células de um organismo e as todas as demais células de um organismo e as adultasadultas, , pois nas últimas décadas descobriu-se que tecidos já pois nas últimas décadas descobriu-se que tecidos já diferenciados de organismos adultos conservam essas diferenciados de organismos adultos conservam essas células precursoras. células precursoras. 

Células-tronco embrionáriasCélulas-tronco embrionárias

As células-tronco embrionárias são estudadas desde o século As células-tronco embrionárias são estudadas desde o século XIX;XIX;

Essas células são conhecidas pela sigla ES, do inglês Essas células são conhecidas pela sigla ES, do inglês embryonic stem cellsembryonic stem cells (células-tronco embrionárias), e são (células-tronco embrionárias), e são denominadas pluripotentes, pois podem proliferar denominadas pluripotentes, pois podem proliferar indefinidamente indefinidamente in vitroin vitro sem se diferenciar, mas também sem se diferenciar, mas também podem se diferenciar se forem modificadas as condições de podem se diferenciar se forem modificadas as condições de cultivo (Figura 4).cultivo (Figura 4).

Figura 4: Diferenciação de células-tronco em cultivo.

Células-tronco embrionáriasCélulas-tronco embrionárias

Outra característica especial dessas células é que, quando Outra característica especial dessas células é que, quando reintroduzidas em embriões, dão origem a células de todos reintroduzidas em embriões, dão origem a células de todos os tecidos de um organismo adulto, mesmo as germinativas os tecidos de um organismo adulto, mesmo as germinativas

(óvulos e espermatozóides).(óvulos e espermatozóides).

Figura 5: Estudos em laboratórios de vários países já conseguiram que as células-tronco embrionárias se diferenciassem, em cultura, em diversos tipos celulares

Células-tronco adultasCélulas-tronco adultas Alguns tecidos de um organismo adulto se regeneram Alguns tecidos de um organismo adulto se regeneram

constantemente. Isso acontece com a pele, com as paredes constantemente. Isso acontece com a pele, com as paredes intestinais e principalmente com o sangue, que têm suas células intestinais e principalmente com o sangue, que têm suas células destruídas e renovadas o tempo inteiro, em um complexo e destruídas e renovadas o tempo inteiro, em um complexo e finamente regulado processo de proliferação e diferenciação finamente regulado processo de proliferação e diferenciação celular.celular.

É relativamente recente a constatação de que, além da pele, do É relativamente recente a constatação de que, além da pele, do intestino e da medula óssea, outros tecidos e órgãos humanos — intestino e da medula óssea, outros tecidos e órgãos humanos — fígado, pâncreas, músculos esqueléticos (associados ao sistema fígado, pâncreas, músculos esqueléticos (associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso — têm um estoque locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso — têm um estoque de células-tronco e uma capacidade limitada de regeneração após de células-tronco e uma capacidade limitada de regeneração após lesões. Mais recente ainda é a idéia de que essas células-tronco lesões. Mais recente ainda é a idéia de que essas células-tronco ‘adultas’ são não apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos ‘adultas’ são não apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compõem o tecido ou órgão específico onde estão celulares que compõem o tecido ou órgão específico onde estão situadas), mas também pluripotentes (podem gerar células de situadas), mas também pluripotentes (podem gerar células de outros órgãos e tecidos).outros órgãos e tecidos).

Células-tronco adultasCélulas-tronco adultas

Um trabalho, publicado na revista Um trabalho, publicado na revista Science Science (1999), com o título (1999), com o título “Transformando cérebro em sangue” demonstrava em um “Transformando cérebro em sangue” demonstrava em um experimento que células-tronco neurais de camundongos adultos experimento que células-tronco neurais de camundongos adultos podem restaurar as células hematopoiéticas em camundongos que podem restaurar as células hematopoiéticas em camundongos que tiveram a medula óssea destruída por irradiação.tiveram a medula óssea destruída por irradiação.

Esse achado revolucionou os conceitos até então vigentes, Esse achado revolucionou os conceitos até então vigentes, pois demonstrou que uma célula tronco-adulta derivada de pois demonstrou que uma célula tronco-adulta derivada de um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade de proliferação pode seguir um programa de diferenciação de proliferação pode seguir um programa de diferenciação totalmente diverso se colocada em um ambiente adequadototalmente diverso se colocada em um ambiente adequado..

Aplicações:Aplicações:

Células hematopoiéticas / Medula óssea;Células hematopoiéticas / Medula óssea; Substitutos de pele e mucosas;Substitutos de pele e mucosas; Implantes ortopédicos / Cartilagem e osso;Implantes ortopédicos / Cartilagem e osso; Substitutos de pâncreas e fígado; Substitutos de pâncreas e fígado; Terapia celular de músculo cardíaco;Terapia celular de músculo cardíaco; Regeneração do sistema nervoso; Regeneração do sistema nervoso; Engenharia vascular e neoascularização;Engenharia vascular e neoascularização; Substitutos de córnea.Substitutos de córnea.

AplicaçõesAplicações

Doenças Cardiovasculares (enfarte no miocárdio) Doenças Cardiovasculares (enfarte no miocárdio) Tratamento: células-tronco retiradas da medula óssea do paciente Tratamento: células-tronco retiradas da medula óssea do paciente

são implantadas no músculo cardíacosão implantadas no músculo cardíaco Resultado:Resultado: há uma regeneração do músculo e criação de novos há uma regeneração do músculo e criação de novos

vasos sangüíneos, aumentando a irrigaçãovasos sangüíneos, aumentando a irrigação Andamento:Andamento: o Brasil é um dos países mais avançados no mundo na o Brasil é um dos países mais avançados no mundo na

área. Em 2005 será feito um estudo com células-tronco para tratar área. Em 2005 será feito um estudo com células-tronco para tratar de 1.200 cardíacos em várias instituiçõesde 1.200 cardíacos em várias instituições

Lesões da Medula EspinhalLesões da Medula Espinhal Tratamento: implante de células-tronco da medula óssea na medula Tratamento: implante de células-tronco da medula óssea na medula

espinhal espinhal Resultado:Resultado: melhora a passagem de impulso elétrico, sensibilidade e melhora a passagem de impulso elétrico, sensibilidade e

atividade motora atividade motora Andamento: de 30 pacientes tratados no Hospital das Clínicas Andamento: de 30 pacientes tratados no Hospital das Clínicas

(USP), três voltaram a andar(USP), três voltaram a andar

AplicaçõesAplicações

EscleroseEsclerose Tratamento: transplante de células-tronco do próprio pacienteTratamento: transplante de células-tronco do próprio paciente Resultado: há uma diminuição dos sintomas da doençaResultado: há uma diminuição dos sintomas da doença Andamento: paciente com esclerose lateral amiotrófica tratado na Andamento: paciente com esclerose lateral amiotrófica tratado na

USP de Ribeirão Preto melhorou sua coordenação motoraUSP de Ribeirão Preto melhorou sua coordenação motora

ParkinsonParkinson Tratamento: são implantadas células-tronco em áreas específicas Tratamento: são implantadas células-tronco em áreas específicas

do encéfalo, estriado e substância negra, buscando a produção de do encéfalo, estriado e substância negra, buscando a produção de dopaminadopamina

Resultado: melhora do déficit motor e cognitivo com a reposição Resultado: melhora do déficit motor e cognitivo com a reposição dos neurônios lesados e destruídos dos neurônios lesados e destruídos

Andamento: um time internacional de cientistas inseriu nos Andamento: um time internacional de cientistas inseriu nos cérebros de macacos genes para induzir a produção da proteína cérebros de macacos genes para induzir a produção da proteína GDNF, que protege as células nervosas contra os efeitos GDNF, que protege as células nervosas contra os efeitos degenerativos da doença degenerativos da doença

AplicaçõesAplicaçõesLeucemia e Outros Tipos de Câncer do Sistema SangüíneoLeucemia e Outros Tipos de Câncer do Sistema Sangüíneo Tratamento: são retiradas células-tronco do paciente durante Tratamento: são retiradas células-tronco do paciente durante

tratamento de quimioterapia, para que sejam preservadas da radiação. tratamento de quimioterapia, para que sejam preservadas da radiação. Depois elas são reinjetadasDepois elas são reinjetadas

Resultado: como as células são do próprio paciente, não há risco de Resultado: como as células são do próprio paciente, não há risco de rejeição rejeição

Andamento: pesquisadores (norte-americanos e europeus) avaliaram Andamento: pesquisadores (norte-americanos e europeus) avaliaram pacientes que receberam células-tronco de cordão umbilical. A técnica pacientes que receberam células-tronco de cordão umbilical. A técnica é menos agressiva que a tradicional é menos agressiva que a tradicional

DiabetesDiabetes Tratamento: há uma diferenciação de células-tronco da medula óssea, Tratamento: há uma diferenciação de células-tronco da medula óssea,

in vitro, em ilhotas pancreáticas (órgãos que produzem a insulina)in vitro, em ilhotas pancreáticas (órgãos que produzem a insulina) Resultado: diminuição da necessidade de injeções de insulina Resultado: diminuição da necessidade de injeções de insulina Andamento: o Instituto de Química da USP conduz pesquisas com Andamento: o Instituto de Química da USP conduz pesquisas com

camundongos para entender o papel dos genes na transformação das camundongos para entender o papel dos genes na transformação das células-tronco em células beta (produtoras de insulina) células-tronco em células beta (produtoras de insulina)

AplicaçõesAplicações

Figura 6: Em adultosCélulas-tronco adultas podem ser obtidas facilmente da medula-óssea, que dá origem às células do sistema sanguíneo

Em embriõesCom a fecundação do óvulo em laboratório, origina-se uma célula, que se divide sucessivamente, gerando outras. No quinto dia forma-se um embrião com duzentas células não especializadas (células-tronco)

EspecializaçãoA aplicação de reagentes químicos às células-tronco faz com que elas se transformem em células de tecidos específicos quando se desenvolvem

ColetaEmbriões congelados nesse estágio e não aproveitados em clínicas de reprodução assistida são coletados

ImplantaçãoPor meio da corrente sanguínea podem ser implantadas novas células no paciente. Pode-se também injetar as células diretamente no órgão danificado para que se diferenciem no organismo

Permanecem questões a serem Permanecem questões a serem respondidas:respondidas:

Como as células-tronco permanecem indiferenciadas e auto-renováveis Como as células-tronco permanecem indiferenciadas e auto-renováveis enquanto todas a células ao redor das mesmas se diferenciaram?enquanto todas a células ao redor das mesmas se diferenciaram?

Quis os fatores que normalmente regulam a proliferação e a auto-Quis os fatores que normalmente regulam a proliferação e a auto-renovação das células-tronco em organismos vivos?renovação das células-tronco em organismos vivos?

Quantos tipos de células-tronco existem e em quais tecidos elas Quantos tipos de células-tronco existem e em quais tecidos elas subsistem?subsistem?

As células-tronco adultas normalmente apresentam plasticidade ou As células-tronco adultas normalmente apresentam plasticidade ou apenas transdiferenciam quando manipuladas experimentalmente? Quais apenas transdiferenciam quando manipuladas experimentalmente? Quais os sinais que regulam a proliferação e diferenciação de células-tronco os sinais que regulam a proliferação e diferenciação de células-tronco que se demonstram plásticas?que se demonstram plásticas?

É possível manipular células–tronco adultas para estimular a proliferação É possível manipular células–tronco adultas para estimular a proliferação de forma que se possa produzir tecido suficiente para transplantes?de forma que se possa produzir tecido suficiente para transplantes?

Quais os fatores que estimulam células-tronco a se realocarem em sítios Quais os fatores que estimulam células-tronco a se realocarem em sítios de lesão?de lesão?

O debate:O debate:

1.1. Pode-se intencionalmente destruir um embrião humano?Pode-se intencionalmente destruir um embrião humano?

2.2. Podemos nos beneficiar da destruição de outros embriões?Podemos nos beneficiar da destruição de outros embriões?

3.3. Pode-se criar um embrião para destruí-lo?Pode-se criar um embrião para destruí-lo?

4.4. Pode-se clonar embriões humanos?Pode-se clonar embriões humanos?

Quem vale mais?

X

Qual o status moral do embrião humano??

Defesa da personalidade humana embrionária e fetal:

Pais humanos podem apenas produzir prole humana. Assim sendo, os não-nascidos são membros da comunidade humana.

As diferenças funcionais entre o feto e o recém-nascido são moralmente irrelevantes.

Os não-nascidos são pessoas humanas porque possuem natureza humana, não porque desempenhem determinadas funções

A Fertilização não é um evento, mas um processo com distintos sub-processos que podem levar segundos, minutos, horas ou até mesmo semanas se se leva em conta a individuação.”

Quando o processo de uma nova vida começa, este continua-se por estágios biológicos até que o final da morte chegue ao seu termo. O começo da vida está no início do início do processo, não no final do início.

“ Estágios muito precoces do processo são apenas humanos em potencial”.

Uma vez que o processo tenha começado, este embrião não pode desenvolver-se em uma ovelha ou um cachorro; ele é inerente e imutavelmente humano.

O zigoto (ou blastocisto, ou embrião, ou feto) não é um humano em potencial, é uma vida humana em um estágio específico do desenvolvimento.

“ … estas células são ainda totipotente, não são ainda verdadeiros indivíduos humanos.”

FimFim