Fábrica de órgãos
A engenharia de tecidos caminha a passos largos para a reconstrução de órgãos e para o surgimento dos revolucionários autotransplantes.
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Atualizado em 31 out 2016, 18h48 - Publicado em 31 jul 2003, 22h00
Tânia Nogueira
Pode parecer um filme barato. No entanto, descrições de “fábricas” de órgãos, onde o sujeito que estiver com o fígado estragado pode comprar uma peça de reposição, hoje não vêm de Hollywood, mas dos laboratórios das mais respeitadas universidades do planeta. Não é ficção científica, é um prognóstico do que a engenharia de tecidos, uma ciência da qual você ainda vai ouvir falar muito, será capaz de realizar. Não hoje, nem amanhã. Até que fígados, rins, pulmões e corações possam ser adquiridos com certificado de garantia, funcionando perfeitamente, vão se passar décadas. Porém não muitas. Além de bexigas de cachorro, dentes de rato, pesquisas com animais destinadas a desenvolver todo tipo de órgãos, atualmente laboratórios já produzem partes simples do corpo humano, como pele e cartilagem. O nível de qualidade é bastante razoável e há uma pequena variedade de produtos patenteados à venda no mercado.
Há ainda também estudos avançados para o desenvolvimento de outras partes, como dentes e fígado.
O termo engenharia de tecidos surgiu em 1987, para definir um campo de estudos multidisciplinar que abarca principalmente conhecimentos de engenharia de materiais e ciências biomédicas. É a arte de, a partir do cultivo de células, construir ou restaurar tecidos e órgãos de seres humanos e animais. A engenharia de tecidos se baseia na idéia de que é possível construir vida em um laboratório e, em alguns casos, faz uso de técnicas de clonagem. Mas se diferencia dessa tecnologia tão polêmica por se dedicar a reproduzir apenas partes dos seres vivos – partes que, em geral, sequer são cópias idênticas do original. A matéria-prima desses engenheiros muitas vezes são as chamadas células-tronco, que têm capacidade de se transformar em células de qualquer tecido. Em outras vezes, a reconstituição é feita a partir de células do próprio tecido a ser reproduzido.
As células-tronco são polivalentes porque guardam as características da célula gerada da união do óvulo com o espermatozóide, o ovo (sim, seres humanos também nascem do ovo!) ou zigoto. O ovo não se enquadra nas características de nenhum tecido. Em seu DNA, ele contém a informação necessária para formar todos os tecidos do organismo. Logo essa célula se divide em várias e o embrião começa a se desenvolver. Há, então, uma multiplicidade de células, mas ainda demora um tempo até elas se diferenciarem.
Muitas células-tronco sobrevivem indiferenciadas em nosso organismo até o dia de nossa morte – principalmente na medula e, em menor escala, na corrente sangüínea. Acredita-se que a partir delas se pode fazer qualquer tecido: basta descobrir os fatores que determinam sua diferenciação. Há polêmicas quanto às células-tronco embrionárias serem mais potentes ou não do que as de adultos.
A descoberta das células-tronco é recente, mas a idéia de repor partes do corpo disfuncionais ou avariadas existe desde a Antiguidade. Já nessa época, os médicos tentavam desenvolver técnicas para aproveitar partes saudáveis de cadáveres em pessoas com problemas. O primeiro transplante comprovadamente bem-sucedido, no entanto, só aconteceu em 1954, em Boston, nos Estados Unidos, quando um rim de um irmão gêmeo foi implantado no outro.
Desde então, médicos do mundo inteiro vêm realizando todo tipo de transplantes: coração, fígado, córneas, pulmão. A técnica tem salvado muitas vidas, mas não é perfeita. Além do número de doadores não ser suficiente, há a maldita rejeição. Quando se implantam tecidos de outra pessoa dentro do nosso corpo, o sistema imunológico interpreta aquele estranho como um invasor e o ataca. Para tentar manter o órgão vivo dentro do organismo, o transplantado é obrigado a tomar uma série de drogas imunodepressivas, o que o deixa sujeito a toda sorte de doenças.
Sempre que possível, o transplante é evitado. Há casos em que dá para resolver a questão “em casa”, com tecidos ou órgãos do próprio paciente. “Quando alguém perde uma parte do corpo, a medicina hoje tem várias opções de reconstrução”, diz Marcus Castro Ferreira, diretor do laboratório de microcirurgia e cirurgia plástica do Hospital das Clínicas de São Paulo. “Por exemplo, no caso de uma mão, até seis horas depois do acidente, podemos fazer o reimplante. Pode-se também fazer transplantes de tecidos de uma região do corpo do indivíduo para outra parte de seu próprio organismo. Uma orelha, por exemplo: podemos moldar uma cartilagem de costela na forma de orelha, implantar sob a pele do braço do indivíduo, esperar uma coisa colar na outra, tirar dali e reimplantar na cabeça. Como é da mesma pessoa, não há rejeição.”
Não seria maravilhoso se esse tipo de procedimento fosse possível também com um rim ou um pulmão? A idéia principal da engenharia de tecidos é justamente esta: criar implantes que tenham material genético idêntico ao organismo receptor e, por isso, não provoquem rejeição. Sua base é o cultivo de células, uma técnica conhecida desde o início do século 20. “A novidade da engenharia de tecidos está no cultivo organizado de células”, diz Adolfo Leiner, cardiologista e engenheiro eletrônico, diretor do Centro de Tecnologia Biomédica do Instituto do Coração, em São Paulo.
Manter células vivas espalhadas sobre uma lâmina de laboratório é relativamente fácil para os cientistas. Basta supri-las com alguma solução nutriente, oxigênio, gás carbônico, energia. Nessas condições, elas até se reproduzem. A engenharia de tecidos surge justamente para controlar essa multiplicação e fazer com que ela resulte na formação de tecidos e órgãos tridimensionais capazes de se manterem vivos e funcionando depois de implantados – processos que, até hoje, os cientistas dominam apenas parcialmente.
COMO CHEGAR LÁ
No organismo, as células só se multiplicam quando recebem algum comando dos chamados fatores de crescimento – em geral, moléculas de proteínas e peptídeos emitidas pelo próprio núcleo celular. Eles trazem a informação de quando e como essa multiplicação deve ser feita, para onde deve se dirigir a célula recém-formada, como ela deve se agrupar com as outras células para formar a arquitetura do tecido. E costumam agir em grupo, cada um numa hora exata. Desvendar esse mecanismo é uma das principais chaves do mistério que cerca não só o desenvolvimento como a regeneração dos tecidos. Comparado com uma lagartixa que refaz seu rabo quando o perde por aí, o homem tem uma capacidade de regeneração relativamente baixa. Já se conhecem vários fatores de crescimento, muitos já são até sintetizados em laboratórios – um método para isso são as bactérias geneticamente modificadas, que passam a produzir essas substâncias em grandes quantidades.
Outros desafios são conduzir os fatores de crescimento até a célula certa na hora certa e criar uma estrutura de apoio para as células se organizarem exatamente como se organizam no nosso corpo. As células se reproduzem in vitro esparramadas na superfície plana. Mas os órgãos, e mesmo os tecidos mais simples, são formados de várias camadas de células dispostas numa matriz extracelular (estrutura inerte composta por proteínas, sais minerais e outras substâncias). Para construir um tecido em laboratório, é preciso fornecer uma estrutura semelhante a essa, onde as células possam se apoiar para crescer na direção certa.
Esses moldes artificiais podem ser feitos de matéria orgânica, como colágeno de boi ou mesmo peles e membranas de cadáveres, dos mais diversos polímeros feitos em laboratório ou da combinação dos dois. São constituídas por tramas de fibras microscópicas ou de material poroso. A arquitetura, o tamanho e o espaçamento de suas áreas vazias é que determina o desenho que as células vão formar. “Se o tamanho e a distribuição espacial desses poros não forem extremamente controlados, vai haver áreas em que os buracos serão tão pequenos que as células não entrarão e outras em que eles serão grandes demais para que elas possam se fixar ali”, afirma Claudio Roberto Cutrim Carvalho, engenheiro mecânico e cirurgião ortopedista, que faz pesquisa científica na Universidade Estadual de Campinas sobre o uso de nanotecnologia na construção de materiais com um grau de controle de porosidade inédito no mundo.
O molde tridimensional poroso também é importante para fazer com que os fatores de crescimento cheguem às células durante todo o período de desenvolvimento do tecido. Imagine algo parecido com uma esponja de banho. Por mais que se semeiem células nessa estrutura, elas só vão preencher todos os buraquinhos se chegarem até lá sozinhas. Para isso, precisam se multiplicar. Os moldes têm de ter fatores de crescimento presos em suas estruturas que são liberados aos poucos. Conforme as células vão se multiplicando, eles vão surgindo e dizendo: “Ei, vem por aqui!”.
REFEIÇÃO CELULAR
Uma barreira e tanto no caminho daqueles que brincam de Deus é a vascularização. Nenhuma célula vive sem nutrientes, sem respirar, sem energia. Tudo isso a maioria das células obtêm dos vasos sangüíneos capilares por troca de substância entre as membranas. Numa cultura, as células ficam embebidas em soluções que têm tudo o que elas precisam. Hoje os biorreatores, máquinas que controlam condições de temperatura, pressão e, se necessário, embebem os moldes em nutrientes, melhoraram muito a situação, mesmo assim é impossível se construir um órgão grande, tridimensional, mantendo todas as suas células em contato direto com as soluções nutrientes. É preciso fazer com que os vasos cheguem bem próximo delas.
Há duas soluções possíveis para vascularizar um órgão: construir a sua rede de vasos sangüíneos de antemão (veja infográfico) ou semear células endoteliais (que formam as paredes dos vasos) e fatores de crescimento específicos junto às células do tecido que se quer construir. A primeira é uma hipótese que está sendo testada. A segunda já funciona em alguns casos.
“Costumo dizer que construir um órgão é como fazer uma casa”, diz o urologista paulista Marcos Giannetti, que trabalhou por dois anos no Children´s Hospital de Boston, na equipe de Anthony Atala, o todo-poderoso da engenharia de tecidos. “Para fazer a parede, você tem de empilhar os tijolos. Mas, para ter uma casa, não bastam as paredes. É preciso água, energia, comunicação. Na engenharia de tecidos, nós já somos capazes de construir paredes de células e estamos começando a fazer os encanamentos.”
Vamos por partes
Como andam os estudos da engenharia de tecidos, órgão por órgão
PELE
Já existe mais de um substitutivo bioartificial de pele. Alguns têm derme e epiderme, outros só têm um dos dois. O produto feito a partir de células do tecido conjuntivo, por exemplo, é só a derme, usada principalmente em pacientes com úlcera de pele. Tais células são colhidas do prepúcio de bebês recém-nascidos e semeadas em um polímero biodegradável originalmente desenvolvido para suturas cirúrgicas.
CARTILAGEM E OSS
Sem irrigação por vasos capilares, o tecido cartilaginoso não requer muita tecnologia para ser reproduzido. Hoje já se fazem implantes de condrócitos (células de cartilagem) em articulações, sem semeá-los em uma matriz. Os condrócitos se organizam sobre a cartilagem lesada. No caso dos ossos, a tecnologia mais testada hoje em dia é o desenvolvimento do tecido in situ. Ou seja, no lugar. Os médicos implantam enxertos de polímeros biodegradáveis, unindo as partes do osso lesado e esperam que as próprias células desses ossos tomem conta da estrutura porosa.
OLHOS
Já existem córneas bioartificiais em testes pré-clínicos. Na Universidade de Toronto, no Canadá, foi desenvolvido um biomaterial óptico transparente de boa adesão para tratar cegueira provocada por problemas na córnea. Há também estudos para cultivo e transplante de retina, além do implante de células-tronco.
RINS
Ainda deve demorar para que se possa reproduzi-los em laboratório. Hoje já se desenvolvem pequenas estruturas celulares que conseguem exercer algumas das funções renais. Mas essas estruturas são microscópicas e não dão conta de filtrar o sangue nem de um inseto. As tentativas de ampliar o modelo esbarram no problema da vascularização e da arquitetura dos tecidos.
DENTES
Pesquisadores americanos e brasileiros já desenvolveram dentes em ratos. Nenhuma técnica testada conseguiu ainda dentes perfeitos, com todas as camadas de tecidos dos dentes originais. Mas os estudos indicam que, com alguns acertos, em poucos anos será possível substituir as próteses de resina por dentes vivos. Há ainda experiências com células-tronco injetadas no maxilar para fazer crescer dentes novos.
BEXIGA
A bexiga provavelmente será o primeiro grande órgão desenvolvido em laboratório a ser aprovado para uso em humanos. Ela tem uma estrutura razoavelmente simples com apenas dois tipos de tecidos, músculo e mucosa. E não tem de metabolizar nada. Hoje já se faz uma série de “remendos” no aparelho urinário com tecidos desenvolvidos por engenharia de tecidos: na própria bexiga, na uretra e em outros tubos de conexão.
CORAÇÃO
A cardiologia é uma das áreas que mais têm avançado na engenharia de tecidos. Terapias com célula-tronco desenvolvidas no Brasil, por exemplo, têm tido ótimos resultados na recuperação de pacientes infartados e com mal de Chagas. Já se fabricam pedaços do miocárdio capazes de pulsar e válvulas que apresentam bons resultados.
FÍGADO
O fígado é um dos órgãos mais difíceis de se reproduzir in vitro porque, além de ter uma estrutura muito complexa onde vários tipos de células exercem funções diferentes, ele é altamente vascularizado. Atualmente, o que já existe e está em fase de testes clínicos são os biorreatores, máquinas semivivas que mantêm em seu interior hepatócitos de porco. O sangue de pacientes com falência hepática aguda, à espera de um transplante, passa por essas células e é metabolizado por elas.
Sorriso renovado
Como a ciência vai gerar dentes de reposição a partir de células humanas
1. Em um futuro não muito distante, todo mundo terá células extraídas de dentes de leite ou do siso. Essas células serão guardadas em um banco
2. Quando houver necessidade de repor um dente perdido, essas células serão implantadas em um molde de polímero que tenha a forma do dente original
3. O molde será, então, implantado no corpo de um animal, como um rato, que fornecerá os nutrientes para que as células se multipliquem
4. Em algumas semanas, as células terão consumido o molde e gerado um novo dente, pronto para ser implantado na boca do doador-receptor
A arquitetura de um fígado
Recriar o órgão é um dos grandes desafios da bioengenharia. Um dos obstáculos a serem vencidos é a reprodução da intrincada rede de minúsculos vasos
1. No fígado de um cadáver humano, cientistas injetam um polímero líquido que penetra nos vasos sangüíneos
2. Quando a substância se solidifica, a carne do fígado é dissolvida. Sobra uma estrutura que reproduz o esquema circulatório
3. A partir dessa estrutura, um software cria uma imagem tridimensional do fígado e de seus vasos
4. Com base nesse modelo, o computador produz lâminas de polímero poroso, que, empilhadas, constituem o molde do fígado vascularizado
5. Células do receptor são implantadas nesse molde. Ele é mantido em um biorreator que fornece nutrientes e energia para as células
6. As células se multiplicam e consomem o polímero do molde. No final do processo, obtém-se um fígado pronto para ser implantado
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