quarta-feira, 22 de novembro de 2017

A encapsulação de neurônios dopaminérgicos primários em um hidrogel de colágeno carregado com GDNF aumenta sua sobrevivência, re-enervação e função após transplante intra-estriatal

Reacendido o implante de tecido fetal, agora envolvido por hidrogel. Trata-se de ampla matéria publicada pela Nature, com tabelas, gráficos e referências bibliográficas, sendo aqui apresentado um extrato.

22 November 2017 - A má sobrevivência do enxerto limita o uso de neurônios dopaminérgicos primários para o reparo neural na doença de Parkinson. Os hidrogéis injectáveis ​​têm o potencial de melhorar significativamente o resultado de tais abordagens reparadoras, fornecendo uma matriz física para encapsulamento celular que pode ser enriquecida com fatores pró-sobrevivência. Portanto, este estudo procurou determinar a sobrevivência e a eficácia dos enxertos dopaminérgicos primários após a administração intra-estriatal em um hidrogel de colágeno carregado com factor neurotrófico de glândulas (GDNF) em um modelo de ratos da doença de Parkinson. Após o transplante intra-estriatal no estriado lesionado, o hidrogel de colágeno enriquecido com GDNF melhorou significativamente a sobrevivência dos neurônios dopaminérgicos no enxerto (5 vezes), aumentou a capacidade de re-enervação estriatal (3 vezes) e aumentou a sua funcionalidade eficácia. Estudos adicionais sugeriram que isso se deveu à capacidade do hidrogel de reter o GDNF no microambiente do enxerto e para proteger as células transplantadas da resposta imune do hospedeiro. Em conclusão, o encapsulamento de neurônios dopaminérgicos em um hidrogel carregado com GDNF aumentou drasticamente a sua sobrevivência e função, proporcionando evidências adicionais do potencial dos biomateriais para transplante neural e reparo cerebral em doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson. (...)

Introdução
A perda relativamente seletiva de neurônios dopaminérgicos da substância nigra pars compacta torna a doença de Parkinson um candidato ideal para terapias de reposição celular1,2. Até à data, o foco das terapias celulares na doença de Parkinson tem sido o transplante de enxertos de mesencéfalo ventral fetal (VM) ricos em neurônios da dopamina que mostraram sobreviver e re-enervar o pós-transplante de estriado, ao mesmo tempo que restaura a função motora3, 4,5,6,7. No entanto, apesar do alívio sintomático a longo prazo em alguns pacientes, as limitações significativas, incluindo a sobrevivência pós-transplante de baixa sobrevivência, impedem que essa terapia seja utilizada como uma abordagem restauradora potencial para a doença de Parkinson8. Os enxertos VM contêm populações de células diversas, sendo o menos abundante dos neurônios dopaminérgicos e menos de 20% desses neurônios sobrevivem ao transplante9. Assim, a fraca sobrevivência, o volume total de tecido fetal humano requerido (10 por hemisfério enxertado) e as preocupações éticas associadas evidenciaram necessidade urgente de metodologias melhoradas para melhorar as taxas de sobrevivência do neurônio da dopamina pós-transplante.

Embora a eficácia dos enxertos de VM fetal ricos em neurônios da dopamina ainda esteja sendo investigada clinicamente através do consórcio TRANSEURO10, o campo da terapia de reposição celular na doença de Parkinson está se movendo em direção a fontes de células dopaminérgicas mais facilmente disponíveis, como as derivadas de células estaminais embrionárias e induzidas células-tronco pluripotentes11. Embora essas células mostrem potencial regenerativo extrordinário, seu uso ainda está em estágios experimentais e ainda não atingiu um cenário clínico. Com isso é importante, os enxertos de VM fetal ricos em neurônio da dopamina são um tipo de célula extremamente bem estabelecido e, portanto, são ótimos para testar o potencial de andaimes biomateriais para melhorar a sobrevivência e a eficácia de tais terapias de regeneração celular.

A maioria da morte celular em enxertos de VM ocorre através da apoptose em vários pontos do processo de transplante12 por fatores como o desprendimento da matriz extracelular durante a dissecção do tecido13, a privação do fator de crescimento após o transplante14 e o recrutamento de células neuro-imunes do hospedeiro para o enxerto exógeno15. Cada um desses estágios fornece um ponto alvo de intervenção em que a sobrevivência do enxerto poderia ser melhorada. Os andaimes injetáveis, tais como hidrogéis formadores in situ, podem fornecer uma plataforma de entrega para melhorar a sobrevivência celular enxertada após o transplante. Esses hidrogéis poderiam potencialmente aumentar o enxerto de células fornecendo um ambiente de suporte para a adesão celular, criando uma barreira física entre as células transplantadas e as células neuro-imunes do hospedeiro e fornecendo um reservatório para a entrega do fator de crescimento localizado16. Um andaime particular de interesse, colágeno, é uma matriz extracelular clinicamente aceita, altamente abundante e natural que é usada para uma variedade de aplicações17,18,19,20,21,22,23,24. A natureza injetável dos hidrogéis de colágeno, juntamente com a sua capacidade de suporte e células imuno-isoladas, ao mesmo tempo que fornece fatores tróficos de forma localizada, cria um andaime natural com potencial para melhorar o transplante de neurônios dopaminérgicos. Apesar disso, o uso intra-cerebral de hidrogéis de colágeno não foi bem estabelecido como uma plataforma de entrega por direito próprio.

Discussão
O presente estudo procurou determinar o impacto do encapsulamento em um hidrogel de colágeno carregado com GDNF sobre a sobrevivência e a eficácia funcional dos neurônios dopaminérgicos primários após o transplante para o cérebro Parkinsoniano. Descobrimos que o hidrogel de colágeno foi bem tolerado no cérebro, GDNF retido agudamente no local da injeção e reduziu a resposta do hospedeiro às células enxertadas, ao mesmo tempo que facilitava a sobrevivência do neurônio dopaminérgico primário e a re-enervação estriatal. Além disso, o hidrogel carregado com GDNF resultou em um aumento de 5 vezes na sobrevivência do neurônio dopaminérgico primário e um aumento de 3 vezes na re-enervação estriatal, que se correlacionou com um nível significativamente maior de recuperação funcional. Dado que a tradução clínica de terapias regenerativas do neurônio dopaminérgico derivado do feto na doença de Parkinson é limitada pela sobrevivência extremamente pobre das células após o transplante e o consequente requisito de múltiplos doadores fetais por transplante, se uma única infusão de um injetável, não tóxico e o hidrogel rico em GDNF pode aumentar dramaticamente a sobrevivência e a eficácia das células, pode potencialmente reduzir o número de doadores fetais necessários por transplante estriatal. No geral, isso destaca o potencial de matrizes de biomateriais enriquecidas por fator de crescimento para melhorar as terapias de reposição celular em doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson.

As terapias baseadas em células emergiram de uma estrutura conceitual relativamente simples como uma opção terapêutica viável para a doença de Parkinson: uma vez que a doença está associada à degeneração dos neurônios dopaminérgicos nigrostriatais, a substituição desses neurônios por transplante deve aliviar os sintomas motores da doença. Ao longo dos últimos 30 anos, uma série de ensaios clínicos forneceram "prova de princípio" para essa suposição e demonstraram que os neurônios dopaminérgicos retirados do mesencefalo ventral em desenvolvimento de fetos humanos podem sobreviver, integrar e funcionar após o transplante para o adulto cerebral Parkinsoniano8. Apesar disso, o número de pacientes que se beneficiaram é pequeno, em parte devido à nossa dependência atual de tecido VM dissecado de fetos humanos doados após abortos eletivos e fraca sobrevivência do neurônio dopaminérgico após transplante intra-cerebral. Agora está bem estabelecido que a maioria dos neurônios dopaminérgicos transplantados morrem como resultado do processo de transplante12 através do desprendimento da matriz13, privação de fatores de crescimento14 e rejeição imune15, todos os quais poderiam ser abordados usando tecnologia de biomateriais.

No presente estudo, utilizamos um hidrogel de colágeno de forma 1, enriquecido com GDNF, tipo 1 como matriz de biomateriais para encapsulação e transplante de tecido de VM dissociado para o estriado de ratos Parkinsonianos, o que resultou em um aumento dramático na sobrevivência do neurônio dopaminérgico e re-enervação estriatal, com uma melhoria correspondente na função motora. Várias características do hidrogel injetável podem ser responsáveis ​​pela entrega melhorada de neurônios dopaminérgicos primários. Numerosos estudos sugerem que o ponto de tempo crítico em que 80-90% dos neurônios dopaminérgicos morrem, são os primeiros 4 dias após o transplante e que não é até depois desse ponto que a sobrevivência do neurônio dopaminérgico é estabilizada12,32,33. Inicialmente, alguma apoptose é causada pelo desprendimento de células da matriz extracelular (anoikis) durante a preparação do tecido. Enquanto muitos andaimes de biomateriais requerem manipulação química para melhorar a aderência celular, o colágeno imita a membrana extracelular e contém a sequência tripeptídica natural Arg-Gly-Asp (RGD) que facilita a adesão celular34 e, portanto, proporciona um ambiente vantajoso para a entrega celular. Em segundo lugar, dado que a resposta imune do hospedeiro elevado ao enxerto exógeno é um dos principais desencadeantes da apoptose pós-transplante15, é de extrema importância que qualquer plataforma de entrega não evoca uma resposta elevada do host. Os hidrogéis de colágeno, reticulados com 4s-StarPEG, mostraram-se imunes ao neutro após o transplante e ao longo de sua degradação. Além disso, a entrega de células num hidrogel carregado com GDNF diminuiu significativamente a resposta do hospedeiro para o enxerto transplantado através da formação de uma barreira física entre as células transplantadas e as células neuro-imunes do hospedeiro. Embora não tenham sido observados aumentos significativos na sobrevida celular apenas com encapsulamento celular, é importante notar que o pós-transplante de apoptose é desencadeado por mais de um fator e não apenas pela resposta imune do hospedeiro. Enquanto a resposta imune do hospedeiro pode desencadear a morte celular apoptótica no enxerto estabelecido, o transplante de células para um estriado adulto com risco de trófico é associado à morte celular extensa observada imediatamente após o transplante35. Apesar de não encontrarem uma coloração com GDNF 12 semanas após o transplante devido à sua semi-vida relativamente curta (3-4 dias) 36, estudos preliminares in vivo mostraram que o encapsulamento de GDNF no hidrogel de colágeno manteve significativamente o GDNF no estriado imediatamente pós- transplantação. Supondo que este também foi o caso quando as células foram encapsuladas no hidrogênio carregado com GDNF, a retenção específica do GDNF no striatum, proporcionada pelo local, proporcionou neurônios dopaminérgicos primários com suporte trófico crítico após o transplante e durante a enervação do alvo. Ao abordar cada um desses desencadeantes sozinho pode não ser suficiente para melhorar a função do enxerto, o somatório da entrega celular melhorada, o aumento do suporte de fatores tróficos e a atenuação da resposta imune resulta em uma melhora significativa na sobrevivência celular dopaminérgica, eficácia e, principalmente, função motora.

Em resumo, o presente estudo mostra, pela primeira vez, que um hidrogel de colágeno infundido por fatores de crescimento melhora drasticamente a sobrevivência, a re-enervação e a funcionalidade dos neurônios dopaminérgicos primários, reduzindo a resposta imune do hospedeiro ao enxerto transplantado e simultaneamente aumentando a aguda retenção de GDNF no estriado. Este estudo é, portanto, "prova de princípio" do potencial significativo de biomateriais como meio de melhorar as terapias de células regenerativas na doença de Parkinson, bem como outras doenças neurodegenerativas e, portanto, merece maior investigação. Além disso, esses dados estão em linha com dois estudos recentes de abordagens de biomateriais para a sobrevivência do neurônio dopaminérgico após o transplante no cérebro37,38. No estudo de Wang et al., 2016, um hidrogel composto de poli (ácido láctico) / xiloglucano funcionalizado com GDNF mostrou aumentar a sobrevivência e a reinervação estriada de enxertos VM de rato transplantados em camundongos Parkinsonianos, enquanto em Adil et al., 2017, um hidrogel de ácido hialurónico funcionalizado com heparina / RGD mostrou melhorar a sobrevivência de neurônios dopaminérgicos derivados de células estaminais embrionárias humanas transplantadas. Em conjunto com o estudo atual, esta literatura destaca o potencial dos andaimes de hidrogel biomateriais para melhorar o resultado das terapias celulares reparadoras para a doença de Parkinson. Movendo-se para uma terapia clínica, o uso de colágeno bovino já está aprovado para uma variedade de aplicações, incluindo entrega de drogas, cicatrização de feridas, reparação de queimaduras, odontologia e reconstrução óssea17,18,20,39,40,41,42 e, portanto, seja relativamente facilmente adotado para aplicações neurais. No entanto, dadas as limitações éticas e logísticas do uso de tecido derivado do feto para reparação cerebral, em estudos futuros, será importante determinar se os andaimes de colágeno também podem melhorar o resultado de terapias celulares reparadoras para a doença de Parkinson. Movendo-se para uma terapia clínica, o uso de colágeno bovino já está aprovado para uma variedade de aplicações, incluindo entrega de drogas, cicatrização de feridas, reparação de queimaduras, odontologia e reconstrução óssea17,18,20,39,40,41,42 e, portanto, seja relativamente facilmente adotado para aplicações neurais. No entanto, dadas as limitações éticas e logísticas do uso de tecido derivado do feto para reparação cerebral, em estudos futuros, será importante determinar se os andaimes de colágeno também podem melhorar o resultado dos transplantes de neurônio dopaminérgico derivado de células-tronco no cérebro Parkinsoniano. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Nature.

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