Notícia

“Chip” com modelo de tecido 3D pode ajudar testes de novos medicamentos para a esclerose lateral amiotrófica

Tatsuya Osaki/MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quinta-feira, 11 outubro 2018 14:50

Áreas

Engenharia Biomédica. Biomateriais. Doenças Neurodegenerativas.

Não há cura para a esclerose lateral amiotrófica (ELA), uma doença que gradualmente mata os neurônios motores que controlam os músculos e é diagnosticada em cerca de 6.000 pessoas por ano nos Estados Unidos.

Em um avanço que poderá ajudar os cientistas a desenvolver e testar novas drogas, engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, projetaram um chip microfluídico no qual eles produziram o primeiro modelo de tecido humano tridimensional da interface entre neurônios motores e fibras musculares. Os pesquisadores usaram células de indivíduos saudáveis ​​ou de pacientes com ELA para gerar os neurônios no modelo, permitindo-lhes testar a eficácia de drogas potenciais.

“Encontramos diferenças notáveis ​​entre as células saudáveis ​​e as células de ELA, e conseguimos mostrar os efeitos de duas drogas que estão em testes clínicos agora”, diz o Dr. Roger Kamm, professor de Engenharia Biológica no MIT e autor sênior do estudo. O Dr. Tatsuya Osaki, pós-doutorando do MIT,é o principal autor do estudo, publicado na edição de 10 de outubro da revista científica Science Advances. Sebastien Uzel, ex-aluno de pós-graduação do MIT, também é autor do artigo.

Modelos 3D

Os cientistas começaram a desenvolver modelos de tecido das conexões entre neurônios motores e células musculares, também chamadas de junções neuromusculares, décadas atrás. No entanto, estes foram limitados a estruturas bidimensionais, que não replicam totalmente a fisiologia complexa do tecido.

O Dr. Roger Kamm e seus colegas desenvolveram a primeira versão de seu modelo de junção neuromuscular 3D há dois anos. O modelo consiste em neurônios e fibras musculares que ocupam compartimentos adjacentes de um chip microfluídico. Uma vez colocados nos compartimentos, os neurônios estendem longas fibras chamadas neurites, que eventualmente se ligam aos músculos, permitindo que os neurônios controlem seus movimentos.

Os neurônios são projetados para que os pesquisadores possam controlar sua atividade com a luz, usando uma técnica chamada optogenética. As fibras musculares são enroladas em torno de dois pilares flexíveis e então, quando os neurônios são ativados pela luz, os pesquisadores podem medir o quanto as fibras musculares se contraem, medindo o deslocamento dos pilares.

Na versão de 2016 do modelo, os pesquisadores usaram células de camundongo para cultivar os neurônios e músculos, mas diferenças entre espécies podem afetar a triagem de drogas. No novo estudo, eles usaram células-tronco pluripotentes induzidas de humanos para gerar tanto as células musculares quanto os neurônios. Depois de demonstrar que o sistema funcionava, eles começaram a incorporar neurônios gerados a partir de células-tronco pluripotentes induzidas de um paciente com ELA esporádica, que responde por 90% de todos os casos.

Medicamentos promissores

Os pesquisadores então usaram seu modelo para testar duas drogas que estão agora em ensaios clínicos para tratar a ELA – rapamicina e bosutinibe. Eles descobriram que a administração de ambas as drogas juntas restaurava a maior parte da força muscular que havia sido perdida nas unidades motoras com ELA. O tratamento também reduziu a taxa de morte celular normalmente observada na unidade motora com ELA.

Trabalhando com uma empresa de biotecnologia local, o Dr. Kamm e seus colegas esperam coletar células-tronco pluripotentes induzidas de 1.000 pacientes com ELA, permitindo-lhes realizar estudos de drogas em larga escala. Eles também planejam ampliar a tecnologia para que possam testar mais amostras de uma vez e adicionar mais tipos de células, como as células de Schwann e as microgliais, que desempenham papéis de apoio no sistema nervoso.

Este modelo de tecido também pode ser usado para estudar outras doenças musculares, como a atrofia muscular espinhal, que afeta as células nervosas encontradas na coluna vertebral.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do MIT (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News Office. Imagem: Tatsuya Osaki/MIT.

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