O Coração – Academia Nacional de Medicina | Uma instituição no seu tempo

Sumário

A crescente incidência de insuficiência cardíaca grave e as limitações do transplante cardíaco e do coração artificial implantável justificam a procura de opções alternativas. A auto-reconstrução do coração pode ser uma delas. Baseia-se na utilização de uma matriz extra-celular derivada de um coração animal e de uma nova semente com células susceptíveis de reconstituir uma herança contractil, vascular e valvular compatível com a função cardíaca normal. Embora as técnicas de descelularização estejam agora bem dominadas, os problemas colocados pela escolha do tipo de célula capaz de gerar os vários constituintes do tecido cardíaco (cardiomiócitos contráteis, células endoteliais, células musculares lisas, miofibroblastos) e pelo seu modo óptimo de transferência ainda não estão resolvidos. Além disso, a recolonização da matriz não depende apenas do fenótipo das células utilizadas; é também influenciada pela natureza dos sinais bioquímicos emitidos por esta matriz e pelo seu estado físico e a modulação destes dois factores é uma estratégia susceptível de melhorar fortemente o desempenho contractil do órgão assim auto-reconstituído. A complexidade destes problemas torna a substituição completa do coração por um biomaterial que substitui o transplante tradicional numa perspectiva incerta e distante. Por outro lado, a prossecução deste objectivo tem o interesse de estimular o desenvolvimento de técnicas de engenharia de tecidos e, neste contexto, é mais realista esperar, num espaço de tempo provavelmente bastante próximo, substituições parciais do coração por matrizes recelularizadas que vêm reforçar porções do miocárdio em falência e talvez até constituam substitutos das biopróteses valvares actuais.

Sumário

A crescente incidência de insuficiência cardíaca e as limitações do transplante cardíaco e corações artificiais totalmente implantáveis justificam a procura de terapias alternativas. A auto-reconstrução do coração pode ser uma delas. Baseia-se na utilização de um andaime descelularizado derivado de animais, semeado de novo com células capazes de reconstituir um padrão contractil, vascular e valvular que permita uma função cardíaca normal. Enquanto as técnicas de descelularização são actualmente bem controladas, a escolha do tipo de célula para gerar os diferentes constituintes do tecido cardíaco (cardiomiócitos, células endoteliais, células vasculares lisas, miofibroblastos), e o modo óptimo de transferência celular, estão ainda longe de ser claros. Além disso, a recolonização do andaime não depende apenas do fenótipo das células enxertadas: é também influenciada pela natureza dos sinais bioquímicos emitidos pelo andaime e pelo estado físico do substrato. A modulação destes dois factores pode influenciar o desempenho contractil do órgão auto-construído. A complexidade destes desafios é tal que a substituição total do coração por um órgão auto-construído é, na melhor das hipóteses, uma perspectiva distante. No entanto, a prossecução contínua deste objectivo estimula o desenvolvimento de técnicas de bioengenharia, e a substituição parcial do tecido cardíaco por andaimes de sementes celulósicas parece mais viável. As aplicações poderiam incluir o reforço do miocárdio enfarte e, possivelmente, a substituição da válvula cardíaca.

A relevância clínica deste conceito de órgão auto-construído é ilustrada por dois números: em França, há cerca de dez mil novos casos de insuficiência cardíaca grave por ano, ou seja, refractários aos tratamentos medicamentosos actuais, e é previsível que esta incidência continue a aumentar com o envelhecimento da população e a melhoria do prognóstico do enfarte do miocárdio, o que expõe um maior número de sobreviventes à ocorrência tardia de insuficiência ventricular esquerda. O prognóstico desta condição permanece globalmente grave, com 50% dos doentes mortos aos quatro anos e 40% dos doentes a morrer ou a ser re-hospitalizados no prazo de um ano após a hospitalização por insuficiência cardíaca. Embora o transplante cardíaco continue a ser o único tratamento radical para as fases mais avançadas da doença, a escassez de doadores e as complicações da imunossupressão pesada limitam necessariamente as suas indicações. Em qualquer caso, o número anual de transplantes de coração em França oscila em cerca de trezentos e cinquenta, sem qualquer esperança realista de o ver aumentar. A remodelação cirúrgica do ventrículo esquerdo destina-se apenas a formas anatómicas específicas e os resultados negativos recentemente relatados do estudo STICH (ausência de benefício da remodelação do ventrículo esquerdo associada à cirurgia de bypass coronário em comparação com a revascularização apenas) conduzirão sem dúvida a uma revisão das indicações para este tipo de procedimento. A assistência ventricular mecânica permanece principalmente uma solução de apoio temporário enquanto se aguarda um transplante mesmo que, graças à miniaturização de dispositivos de fluxo contínuo, a sua utilização como tratamento definitivo tenha feito recentemente progressos substanciais (taxa de sobrevivência: 58% a dois anos). É verdade que a ressincronização biventricular é um tratamento simpático eficaz, mas destina-se apenas a uma categoria específica de pacientes em que falha em 20% a 30% dos casos. Finalmente, não tem havido progressos reais no campo farmacológico nos últimos dez anos.

Existe, portanto, uma necessidade real de novas opções terapêuticas. Neste contexto, a Xeno-transplantação, apesar das esperanças suscitadas pela possibilidade técnica de criar animais transgénicos cujos órgãos poderiam ser melhor tolerados nos humanos, está a progredir pouco devido à complexidade dos desafios imunológicos persistentes e ao peso crescente das restrições de segurança, pode tornar as autoridades reguladoras ainda mais cautelosas do risco de epizootia. A terapia genética está ainda na sua infância neste campo e a complexidade dos mecanismos neuro-hormonais envolvidos na insuficiência cardíaca não se presta necessariamente bem a uma abordagem cujo sucesso, até à data, tem sido principalmente nas doenças unogenéticas. A terapia celular terá sem dúvida o seu lugar, mas sob formas intermédias, ou seja, em pacientes que ainda retêm um capital suficiente de células contráteis. A investigação neste campo teve contudo o interesse de realçar o papel crucial desempenhado pelas estruturas de apoio na sobrevivência, proliferação e diferenciação das células enxertadas, abrindo assim o caminho para uma engenharia de tecidos que combina células e matrizes, que está na base do conceito de órgão auto-construído.

P>Técnicas do coração auto-construído

Técnicas, este conceito envolve dois passos temporalmente distintos.

O primeiro é a descelularização do órgão alvo, realizada com sucesso pela equipa de D. Taylor num coração de rato por perfusão química de detergente e mais recentemente estendida pelo mesmo grupo a grandes corações de mamíferos. A electroporação também provou ser eficaz, pelo menos no caso do fígado, em alcançar este objectivo de desaparecimento total de todo o material celular, um pré-requisito para a potencial utilização de órgãos alo ou mesmo xenogénicos, mantendo a integridade bioquímica (colagénio, fibronectina, conteúdo de lamina) e física (orientação das fibras) da matriz extracelular, a permeabilidade da árvore vascular, e a competência das válvulas.

A segunda etapa, mais complexa, é a da recelularização. Coloca, esquematicamente, dois problemas: a escolha das células e o seu modo de transferência.

As especificações impostas às células são de facto constrangedoras. Primeiro, é necessário reconstituir a diversidade das populações celulares presentes no coração: os cardiomiócitos, que embora representem, em volume, cerca de 80% do coração, constituem, em número, apenas um terço das células do tecido cardíaco, sendo as outras populações constituídas por miofibroblastos, células endoteliais e células musculares lisas . Conceptualmente, são possíveis três estratégias:

– a utilização de uma única população de células pluripotentes capazes de dar origem a todos os tipos de células do coração sob a única influência de sinais químicos e físicos emitidos pela matriz extracelular; esta abordagem parece irrealista ; – a utilização de células adultas já diferenciadas nas linhagens-alvo; neste quadro, a obtenção de fibroblastos e células vasculares pode ser relativamente bem controlada, especialmente porque podem mesmo ser colhidas do futuro “recipiente” do órgão reconstituído (com as limitações inerentes aos produtos autólogos: funcionalidade variável, complexidade logística e custo), como foi conseguido com sucesso para fazer tubos vasculares implantados em pacientes de hemodiálise; o problema é naturalmente mais complexo para obter células cardiogénicas que devem não só possuir propriedades intrinsecamente contráteis, mas também ser capazes de se acoplar umas às outras, batendo de forma síncrona e modulando a sua frequência em resposta a estímulos neuro-humorais ou farmacológicos. No entanto, sabemos hoje que a plasticidade das células somáticas adultas é limitada e não permite que se diferenciem em cardiomiócitos. Isto só é possível com células pluripotentes, que são capazes de adquirir um fenótipo cardíaco sob a influência de sinais cardio-indutores adequados. Estas células pluripotentes podem ser células estaminais embrionárias humanas cujo carácter alogénico coloca o problema da rejeição (independentemente de qualquer discussão ética) ou células somáticas adultas autólogas induzidas à pluripotência ao preço de uma reprogramação pouco eficiente e ainda mal controlada devido à possível origem de aberrações genéticas e epigenéticas. O paradoxo final é que a natureza autóloga destas células as expõe a um risco de rejeição ligado ao aparecimento, como resultado da reprogramação, de antigénios possivelmente identificados como estranhos pelo sistema imunitário do receptor. É importante sublinhar que qualquer que seja a origem destas células pluripotentes, a sua utilização clínica implica uma etapa de pré-diferenciação in vitro, depois uma selecção de modo a utilizar apenas progenitores cardiogénicos (que, dependendo da técnica de pré-diferenciação, podem estar em fases mais ou menos avançadas de diferenciação cardíaca) e assim eliminar qualquer “contaminação” por células que, tendo escapado a esta pré-orientação, teriam retido um carácter pluripotente e, portanto, um potencial de proliferação de tumores após o transplante. Mais recentemente, foi proposta uma conversão directa de células adultas (fibroblastos) em cardiomiócitos, sem passar novamente pela fase de células pluripotentes, graças à utilização de factores de crescimento ou genes; por muito interessante que seja em termos de compreensão dos mecanismos de desenvolvimento cardíaco, esta abordagem parece ainda estar longe de possíveis aplicações clínicas; – Finalmente, a terceira estratégia, que é intermédia, consiste em utilizar uma única população de células progenitoras na fase mesendodérmica que, dependendo dos sinais do tecido hospedeiro, pode completar a sua diferenciação in situ nos três principais tipos celulares (cardiomiócitos, células endoteliais, células musculares lisas). É de notar que estes sinais cardiorrespiratórios não são de natureza exclusivamente química; o estado físico da matriz também desempenha um papel importante, uma matriz flexível cujo módulo de elasticidade simula o do tecido cardíaco embrionário estimulando a diferenciação cardiogénica das células em maior medida do que uma matriz mais rígida. Esta diferenciação pode também ser modulada pela ligação à matriz de motivos estimulando a expressão das moléculas de adesão celular e pela sua sensibilidade às metaloproteases . Além disso, embora as proteínas constituintes da matriz extracelular sejam altamente conservadas entre espécies, resta garantir que o enxerto de células humanas num andaime derivado de animais é um processo funcionalmente perene que não é susceptível de alteração a longo prazo por respostas inflamatórias ou imunológicas.

O segundo problema é o da transferência das células para o andaime que supostamente recolonizam. Enquanto a perfusão de células com intenção vascular parece lógica para reconstituir o endotélio, a injecção intramural de células com intenção cardiogénica é menos óbvia. De facto, aprendemos com a terapia celular que a injecção, devido à dissociação proteolítica prévia das células que envolve, predispõe as células para a morte por apoptose. Se este fenómeno já representa uma limitação grave quando se trata de recolonizar uma zona circunscrita do miocárdio como o transplante de células se propõe fazer, torna-se ainda mais problemático quando o objectivo se torna o do repovoamento de todo o órgão. Uma dificuldade adicional é que este repovoamento não visa apenas fornecer o contingente numérico de células necessário para a contracção do futuro coração reconstituído; deve também permitir um alinhamento destas células, tanto entre si como em relação à sua matriz de suporte, alcançando uma estrutura anisotrópica, uma propriedade que caracteriza o coração e condiciona em grande parte a eficácia da sua função contrátil. O restabelecimento de uma inervação fisiologicamente relevante e as modalidades de drenagem linfática continuam a ser outros problemas não resolvidos. Globalmente, o caminho à frente é ilustrado pelos resultados do trabalho seminal de Ott e Taylor : Após injecção de 50-75 milhões de cardiomiócitos neonatais, fibrócitos, células endoteliais e células musculares lisas por cinco injecções directas na matriz de corações de ratos descelularizados, perfusão através da raiz aórtica dos mesmos corações de vinte milhões de células endoteliais aórticas e cultura num bioreactor (de 8 a 28 dias), a taxa de recelularização por secção histológica é de 34% e enquanto a observação das respostas eléctricas e mecânicas à estimulação fornece uma prova de conceito, a força contrátil gerada é apenas cerca de 2% da de um coração de rato adulto e 25% da de um feto humano de quatro meses.

Perspectivas

A substituição completa de um coração humano por outro coração feito de uma matriz, de origem animal, e semeado por células capazes de se organizarem, estrutural e funcionalmente, para o dotar de uma actividade mecânica eficiente, é, portanto, uma perspectiva ainda incerta e, de qualquer modo, certamente distante. Por outro lado, o desenvolvimento desta tecnologia, mesmo que não atinja o objectivo final, tem consequências importantes no campo da engenharia de tecidos. De facto, o domínio das técnicas de dissuasão e semeadura já permitiu o desenvolvimento de biomateriais compostos em duas indicações principais em cirurgia cardíaca. A primeira diz respeito à substituição de uma parte do miocárdio. Os benefícios de fechar uma perda de substância no ventrículo direito apenas com uma matriz extracelular (a recolonização baseia-se no recrutamento de células endógenas) ou semeadas com células estaminais mesenquimais foram estabelecidos. A extensão previsível desta abordagem é o reforço intra-operatório de uma área infartada com uma matriz semeada de células estaminais com potencial de diferenciação cardiomiogénica ou a injecção directa de cateteres do mesmo tipo de matriz com o objectivo de restaurar a funcionalidade na área inicialmente akinetic. Até à data, as matrizes utilizadas têm sido principalmente derivadas da submucosa intestinal ou da bexiga dos porcos, mas o reconhecimento de uma especificidade de tecido da matriz extracelular está agora a dirigir-se mais para matrizes derivadas do próprio coração destes animais.

A segunda indicação diz respeito às válvulas cardíacas. O objectivo aqui é ter válvulas biológicas que são susceptíveis, particularmente em crianças e jovens adultos, de degenerar menos rapidamente do que as biopróteses actuais. O esquema geral é utilizar uma matriz, biológica (alo ou xenogénica) ou polimérica, e semeá-la com células, miofibroblastos e depois células vasculares de várias origens (medula sanguínea, cordão umbilical). Foram feitos progressos inquestionáveis na caracterização de materiais adequados e nas técnicas de sementeira de bioreactores, mas apesar dos numerosos trabalhos experimentais encorajadores, a experiência clínica com tubos valvulados fabricados por esta técnica de engenharia de tecidos permanece até à data limitada e inconclusiva.

CONCLUSÃO

O coração totalmente reconstruído a partir de uma matriz e células autólogas como substituto completo do transplante é um objectivo distante que ainda coloca múltiplos problemas técnicos e cuja relevância clínica e aplicabilidade continuam a ser questionáveis até à data, especialmente se nos próximos anos forem feitos progressos significativos no campo do coração artificial totalmente implantável. Por outro lado, a utilização de matrizes recelularizadas para substituição parcial do miocárdio, grandes vasos ou válvulas, parece mais realista e poderia num futuro próximo encontrar o seu lugar no arsenal de biomateriais para terapia cardíaca.

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