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Medicina de rede abre novas formas de compreender doenças complexas

TheDigitalArtist via Pixabay

Fonte

Instituto Karolinska

Data

sábado, 19 março 2022 14:55

Áreas

Bioinformática. Biologia. Biomedicina. Bioquímica. Ciência de Dados. Computação. Engenharia Biológica. Medicina.

Na pesquisa médica clássica, é comum primeiro definir a pergunta para a qual se está buscando uma resposta, como, por exemplo, se um determinado gene desempenha algum papel na doença que está sendo pesquisada. Essa abordagem funciona bem para doenças que são devidas a uma mutação ou a um processo celular que não funciona adequadamente.

“Quando você está olhando para doenças complexas, é difícil definir todos os fatores subjacentes. É aqui que a medicina de rede se destaca”, disse o Dr. Paolo Parini, consultor e professor do Departamento de Medicina Laboratorial e do Departamento de Medicina do Instituto Karolinska, na Suécia.

Os exemplos que ele cita incluem seu próprio campo de pesquisa de doenças cardiovasculares, mas também diabetes, câncer e doenças inflamatórias, como dermatite atópica e psoríase.

Um mapa de tráfego aéreo ou um diagrama do metabolismo de uma célula de levedura podem ser descritos como redes. Eles são formados por pontos de contato, conhecidos como nós, e conexões – ou interações – entre eles, conhecidos como links. No tráfego aéreo, os aeroportos são os nós e as rotas são os links, enquanto na célula de levedura os nós representam as substâncias químicas e os links são as reações químicas.

Os nós podem ser mais fortemente ou mais fracamente ligados uns aos outros, com mais links significando uma conexão mais forte. Uma rede resiliente pode lidar com a perda de muitos nós e a remoção de nós com muitos links fará com que as redes entrem em colapso.

O que é conhecido como medicina de rede é ciência de redes combinada com a biologia de sistemas. O termo foi cunhado em 2007 pelo físico Dr. Albert-László Barabasi e pelo Dr. Joseph Loscalzo. Hoje eles trabalham na Universidade Harvard, nos Estados Unidos, onde o Dr. Paolo Parini também é professor convidado.

O que distingue a medicina de rede é que ela não é orientada por hipóteses e, em vez disso, a análise é ‘mente aberta’, como destacou o Dr. Paolo Parini, com base em uma variedade de diferentes tipos de dados.

Tsunami de desenvolvimento tecnológico

“Tivemos um tsunami de desenvolvimento tecnológico na medicina nos últimos 20 anos, onde hoje podemos produzir dados sobre um grande número de ‘ômicas’”, disse o Dr. Parini. Estas ‘ômicas’ incluem genômica (toda a sequência de DNA de um indivíduo ou célula), proteômica (todas as proteínas que uma célula produz em certas circunstâncias) e metabolômica (todos os produtos de reações metabólicas, metabólitos, em uma célula). Mas nem todos os dados precisam ser biológicos.

“Também pode haver dados de registros de qualidade médica ou dados de prontuários eletrônicos de pacientes”, disse o professor Parini.

Em Harvard, pesquisadores produziram um modelo avançado de como as proteínas funcionam juntas em uma célula humana, conhecido como interação proteína-proteína, PPI. A ferramenta é usada quando os pesquisadores constroem suas próprias redes. Em termos pictóricos, uma doença pode ser descrita como uma rede; em um grupo de nós, todos contribuem para a função celular comum. Quando a rede está quebrada, o resultado é a doença.

Nuvem de dados

Quando os dados são reunidos, torna-se possível ilustrar os processos de adoecimento em uma rede tridimensional usando métodos matemáticos e estatísticos. Uma maneira de estudar o câncer é criar uma nuvem de dados de pessoas saudáveis ​​e doentes em forma de rede e estudar as diferenças.

“Esta nuvem de nós pode ser descrita como uma abstração de processos em andamento no indivíduo saudável ou doente”, disse o Dr. Ingemar Ernberg, professor de Biologia de Tumores no Departamento de Microbiologia, Tumores e Biologia Celular do Instituto Karolinska.

São redes que ilustram processos em nível individual. Mas o professor Ingemar Ernberg está mais interessado em redes em células individuais, pois a célula é onde o câncer se origina. Pode haver 1.000 mutações em uma célula cancerosa.

“É impossível determinar quais delas são importantes para a doença lendo o genoma”, explicou o Dr. Ingemar Ernberg. “A teoria de redes permite mostrar como as redes danificadas da célula cancerosa são construídas, abrindo novas abordagens. Se pudermos encontrar maneiras de fazer a rede entrar em colapso, por exemplo. usando drogas que visam interações na rede, a célula vai morrer”, continuou o pesquisador.

O Dr. Paolo Parini usou a medicina de rede para estudar os efeitos de dois medicamentos na redução de gorduras no sangue: 40 pessoas que foram submetidas a cirurgia para cálculos biliares foram colocadas aleatoriamente em quatro grupos: dois grupos receberam cada um dos medicamentos, um recebeu ambos e um recebeu um placebo. Amostras de sangue e biópsia hepática foram colhidas durante a cirurgia e quatro semanas depois.

As redes foram construídas a partir de dados sobre quais genes estavam ativos, o que é conhecido como ‘transcriptoma’, e como a cadeia de DNA foi alterada quimicamente, além de como as proteínas interagiam. Foram criadas quatro redes, uma para cada grupo de pacientes. A combinação de ambas as drogas reduziu mais o colesterol. Como um passo extra, os pesquisadores conseguiram criar uma cultura de células estável, que agora será usada para investigar uma descoberta encontrada em todas as redes – uma ligação entre uma proteína na superfície da célula e um gene que forma uma enzima necessária quando as células hepáticas metabolizam o colesterol.

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

Fonte: Lotta Fredholm e Cecilia Odlind, Instituto Karolinska. Imagem: TheDigitalArtist via Pixabay.

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