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Gabrieli Bovi dos Santos1, Théo Henrique de Lima Vasconcellos1, Marília Inês Móvio1

1 Laboratório de Neurogenética / Centro de Matemática, Computação e Cognição / Universidade Federal do ABC

 Edição Vol. 8, N. 5, 16 de Abril de 2021

O surgimento das células-tronco de pluripotência induzida (induced pluripotent stem cells, iPSCs) abriu novos caminhos para a ciência biológica e a medicina regenerativa, devido a capacidade de diferenciação, auto-renovação e por possuir as mesmas aplicabilidades de uma célula-tronco embrionária (1). Takahashi e Yamanaka publicaram em 2006 o primeiro trabalho sobre a reprogramação de um tecido adulto (fibroblastos) em iPSCs por meio de quatro genes de pluripotência: Sox2, Klf4, Oct3/4 e c-Myc (SKOM) (2). Assim, a célula de um adulto humano pode ser reprogramada geneticamente gerando uma célula-tronco pluripotente induzida humana (hiPSC) in vitro. Com adição de fatores de diferenciação específicos nas células hiPSCs, as mesmas são capazes de se diferenciar em qualquer célula do tecido humano provenientes dos três folhetos germinativos (mesoderma, ectoderma e endoderma), podendo ser utilizadas para substituir e reparar tecidos ou órgãos danificados no organismo humano, conhecido como terapia celular (2, 3). O uso da terapia celular com hiPSCs como possível tratamento de doenças neurodegenerativas retinianas é uma proposta recente. Atualmente, destacam-se testes clínicos para a Degeneração Macular Relacionada à Idade (DMRI) e testes em fase pré-clínica para a Retinose Pigmentar (RP) (4, 5, 6).

A RP é um grupo heterogêneo de doenças hereditárias com mais de 80 mutações diferentes relatadas. Essas mutações ocorrem em genes que codificam proteínas necessárias para o funcionamento celular retiniano, assim levando a perda gradual de fotorreceptores e déficits progressivos da visão. Os fotorreceptores são divididos em cones e bastonetes, e são responsáveis pela detecção e transformação da luz em sinais elétricos que são transmitidos ao encéfalo (1, 7, 8). Estima-se que essa patologia afeta cerca de 1,5 milhão de pacientes no mundo, sendo a segunda principal causa de cegueira no Japão em 2020 (1, 8).

Não se sabe ao certo o que leva a morte das células retinianas em todas as mutações genéticas relacionadas ao RP, mas sabe-se que mutações específicas podem desencadear a degeneração primária de bastonetes, e consequente perda progressiva dos cones devido ao aumento do estresse oxidativo gerado com a morte dos bastonetes (9). Com isso, atualmente não existe um tratamento efetivo para RP, sendo que o único tratamento disponível – terapia gênica para pacientes com mutações no gene RPE65 –  induz uma melhora temporária na visão, tendo efeito estável por apenas 4 anos, e alguns médicos receitam o uso de suplementos com vitamina A, ácido docosahexaenóico (DHA) e flavonóides para tentar atrasar a degeneração da retina, embora ainda não haja confirmação de que a suplementação funcione (1, 10) (Leia mais em: “Uma nova perspectiva no tratamento da cegueira” (11)). Além desses tratamentos, o uso da terapia celular com o objetivo de repor as células mortas por células funcionais derivadas de iPSC tem resultados preliminares bastante animadores. Atualmente, o transplante de iPSCs diferenciados em fotorreceptores (iPSCs-PRs) tem sido executado por dois métodos diferentes em roedores com RP, por uma suspensão celular ou como folha (5).

O transplante das iPSCs-PRs no espaço sub-retiniano como suspensão celular é um método de fácil manipulação e entrega, mas com a desvantagem como baixa taxa de migração e integração dessas células na camada de fotorreceptores do hospedeiro, onde a maioria das células transplantadas permanecem no espaço sub-retiniano, o que faz com que a eficiência na terapia não seja tão alta (Fig. 1). Essas características da entrega foram percebidas quando se descobriu que havia uma troca de material citoplasmático entre células doadoras com hospedeiras restantes. Com isso, acredita-se que as proteínas funcionais das células doadoras ajudam a manter os fotorreceptores restantes funcionando por mais tempo, explicando a recuperação parcial da visão nos modelos de degeneração da retina (5, 12, 13, 14).

Já a folha é uma camada de células formadas a partir de um organóide derivado de iPSCs cortado em pequenas secções e com um suporte de polímeros ou composto biológico, permitindo que as células sejam retiradas do meio de cultura (1) (Fig. 1). Com o transplante da folha há um desenvolvimento de boa parte das características morfológicas de um fotorreceptor funcional e formação de conexões sinápticas entre hospedeiro-enxerto, recuperando algumas funções visuais em modelos de roedores e primatas com degeneração retiniana avançada. Entretanto, poucos estudos foram publicados utilizando o método de transplante por folha, uma vez que a formação da folha de iPSC-PR necessita de otimização visando melhores resultados e qual melhor estratégia de imunossupressão para ter baixo risco de rejeição do enxerto (1, 4, 15).

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Figura 1: À direita, pode-se observar a representação de uma retina saudável, com cones (verde claro), bastonetes (verde escuro) e células do epitélio pigmentar (representadas em E); Terapia com suspensão celular em retina com retinose pigmentar (RP)- estágio inicial – com bastonete em processo de morte celular (BD) e enxerto de suspensão celular (1); Terapia com Folha em retina portadora de RP – estágio avançado – com enxerto Folha (2). À esquerda, observa-se a representação esquemática do processo para o transplante autólogo de fotorreceptores no paciente. Nesse transplante, há retirada de células adultas (A) do próprio paciente para o processo de reprogramação celular com a inserção de fatores de reprogramação a fim de as células adultas se tornarem células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSCs). A diferenciação ocorre com a adição de fatores específicos nas células hiPSCs, formando os fotorreceptores cones (C) e bastonetes (B). Com isso, para o transplante, as células podem ser organizadas em suspensão celular (1) ou em folha (2), que é uma monocamada de células organizadas com um suporte (S), e posteriormente injetada no espaço sub-retiniano do paciente (5).

As iPSCs como terapia celular trazem uma grande vantagem por diminuir o risco de rejeição do transplante, uma vez que podem ser utilizadas as células do próprio paciente para reprogramação celular (6). Ainda assim, há risco de rejeição imunológica tanto no transplante de iPSCs-PRs como suspensão e folha, que pode estar associada a um microambiente ocular doente; entrada de células do sistema imunológico na retina no procedimento da injeção do enxerto (1); mutações no DNA mitocondrial decorrente da reprogramação ou diferenciação das iPSCs que induzem uma resposta imunológica altamente específica (16); e teratomas que podem ser gerados por uma expressão gênica anormal decorrente da diferenciação (17).

Considerações finais

A perda de fotorreceptores bastonetes que possibilitam a visão noturna representa uma das principais causas de cegueira da RP. Uma vez perdidos, os neurônios não podem se regenerar nos humanos e, por isso, o uso da terapia celular com células iPSCs para repor as células perdidas é uma estratégia de tratamento promissora, e esse campo está gradualmente progredindo nos últimos anos (4, 5).

REFERÊNCIAS

  1. Morizur L, Herardot E, Monville C, Ben M’Barek K. Human pluripotent stem cells: A toolbox to understand and treat retinal degeneration. Mol Cell Neurosci. 2020;107:103523.
  2. Mavaro I, De Felice E, Palladino A, et al. Anatomical templates for tissue (re)generation and beyond. Biotechnol Bioeng. 2020.
  3. Fodor WL. Tissue engineering and cell based therapies, from the bench to the clinic: the potential to replace, repair and regenerate. Reprod Biol Endocrinol. 2003;1:102.
  4. Mandai M, Fujii M, Hashiguchi T, et al. iPSC-derived retina transplants improve vision in rd 1 end-stage retinal-degeneration mice. Stem Cell Reports. 2017;8(1):69–83.
  5. M’Barek KB, Monville C. Cell Therapy for Retinal Dystrophies: From Cell Suspension Formulation to Complex Retinal Tissue Bioengineering. Stem Cells International. 2019; 2019:14.
  6. Sugita S. [Retinal regeneration with iPS cells ‒ Clinical trials for retinal degenerative disorders]. Nihon Rinsho Meneki Gakkai Kaishi. 2015;38(2):79-85.
  7. Comyn O, Lee E, MacLaren RE. Induced pluripotent stem cell therapies for retinal disease. Curr Opin Neurol. 2010;23(1):4-9.
  8. Akiba R, Matsuyama T, Takahashi M, Mandai M. [Toward establishment of regenerative cell therapy for retinitis pigmentosa using iPS cell derived retinal sheet]. Nihon Yakurigaku Zasshi. 2020;155(2):93-98. Japanese.
  9. D-F Dai, et al. Progress in Molecular Biology and Translational Science. P.Hemachandra Reddy. 2017;174:372.
  10. Stephen R, et al. Efficacy and safety of voretigene neparvovec (AAV2-hRPE65v2) in patients with RPE65-mediated inherited retinal dystrophy: a randomised, controlled, open-label, phase 3 trial. The Lancet. 2017;390(10097):849–860.
  11. Vasconcellos THL, de Carvalho GR, dos Santos GB, Móvio MI. UMA NOVA PERSPECTIVA NO TRATAMENTO DA CEGUEIRA. Nanocell. 2020 May 04 [cited 2020 Dec 8]; 7 Available from: https://www.nanocell.org.br/uma-nova-perspectiva-no-tratamento-da-cegueira/.
  12. Pearson R, Gonzalez-Cordero A, et al. Donor and host photoreceptors engage in material transfer following transplantation of post-mitotic photoreceptor precursors. Nat Commun. 2016;7:13029.
  13. Singh M, Balmer J, et al. Transplanted photoreceptor precursors transfer proteins to host photoreceptors by a mechanism of cytoplasmic fusion. Nat Commun.  2016;7:13537.
  14. Ortin-Martinez A, Tsai EL, et al. A reinterpretation of cell transplantation: GFP transfer from donor to host photoreceptors. Stem Cells. 2017;35(4):932-939.
  15. Iraha S, Tu HY, Yamasaki S, et al. Establishment of immunodeficient retinal degeneration model mice and functional maturation of human ESC-derived retinal sheets after transplantation. Stem Cell Reports. 2018;10(3):1059–1074.
  16. Deuse T, Hu X, Agbor-Enoh S, et al. De novo mutations in mitochondrial DNA of iPSCs produce immunogenic neoepitopes in mice and humans. Nat Biotechnol. 2019;37:1137–1144.
  17. Zhao T, Zhang Z, Rong Z, et al. Immunogenicity of induced pluripotent stem cells. Nature. 2011; 474:212–215.

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