REVISÃO
Tratamento
do diabetes mellitus do tipo 1 com células tronco
Type 1 diabetes mellitus treatment with stem cells
Ana Paula de Campos,
Débora Cristina Damasceno, Yuri Karen Sinzato*
*Laboratório
de Pesquisa Experimental de Ginecologia e Obstetrícia, Programa de
Pós-graduação em Ginecologia, Obstetrícia e Mastologia, Faculdade de Medicina
de Botucatu_Unesp, Botucatu, São Paulo
Recebido 12 de
fevereiro de 2016; aceito 15 de abril de 2016.
Endereço
para correspondência:
Profa. Dra. Yuri Karen Sinzato, Lab. Pesquisa Experimental de Ginecologia e
Obstetrícia, Faculdade de Medicina de Botucatu_Unesp,
Distrito de Rubião Júnior s/n, 18618-970 Botucatu SP, E-mail:
yuri_sinzato@yahoo.com.br, Ana Paula de Campos, ana.campos.btu@gmail.com,
Débora Cristina Damasceno, damascenofmb@gmail.com
Resumo
Diabetes mellitus
(DM) é uma doença crônica caracterizada pela alta taxa de glicose no sangue e
que, a longo prazo, pode ocasionar complicações e
sérios danos ao coração, vasos sanguíneos, olhos, rins e nervos. A incidência
de indivíduos portadores de diabetes tem aumentado no mundo todo. O diabete
pode ser classificado em três diferentes categorias: DM tipo 1,
DM tipo 2 e DM gestacional. O atual avanço no conhecimento e utilização das
células-tronco tem se mostrado eficaz e promissor no
tratamento de algumas doenças, em especial do DM1. O tratamento
empregado para o DM1 é a administração de insulina, que controla a glicemia dos
pacientes. No entanto, o tratamento com insulina não leva à restauração das
células beta-pancreáticas e não evita o aparecimento de complicações
secundárias de forma definitiva. O transplante de ilhotas pancreáticas
como alternativa tem como limitação o uso de terapia imunossupressora, a
rejeição imune e a falta de doadores do órgão. Dessa forma essa atualização
relata estudos que proporcionam o desenvolvimento de células beta pancreáticas,
responsáveis pela síntese e secreção de insulina, a partir de células-tronco
para tratamento do DM1.
Palavras-chave: diabetes,
células-tronco embrionárias, hiperglicemia, pâncreas.
Abstract
Diabetes mellitus (DM) is a chronic disease characterized by high
glucose levels in the blood and in the long term, can cause complications and
serious damage to the heart, blood vessels, eyes, kidneys and nerves. The
incidence of patients with diabetes has increased worldwide. Diabetes can be
classified into three different categories: type 1 diabetes, type 2 diabetes and gestational diabetes. The current advance in
knowledge and use of stem cells has been proven effective and promising in the
treatment of some diseases, especially of DM1. The treatment used for DM1 is
the administration of insulin, which controls blood glucose levels of patients.
However, insulin treatment does not lead to restoration of pancreatic beta
cells and does not avoid the onset of secondary complications permanently. The
islet transplantation as an alternative is limited by the use of
immunosuppressive therapy, immune rejection and lack of organ donors. Thus,
this update reports studies which provide the development of pancreatic beta
cells responsible for synthesis and secretion of insulin from stem cells for
treatment of DM1.
Key-words: diabetes,
embryonic stem cells, hyperglycemia, pancreas.
A incidência de
indivíduos portadores de diabetes tem aumentado no mundo todo, especialmente em
países em desenvolvimento. Esse aumento pode estar relacionado à alta taxa de
obesidade e inatividade física, além de ganho excessivo de peso [1]. No mundo,
cerca de 9% de adultos com 18 anos ou mais são diabéticos [2]. No Brasil o
índice de pessoas com diabetes chega a 6,2% [3].
Diabetes mellitus (DM) é uma doença crônica caracterizada pela
alta taxa de glicose no sangue e que, a longo prazo,
pode ocasionar complicações e sérios danos ao coração, vasos sanguíneos, olhos,
rins e nervos [4,5]. DM pode ser classificado em três diferentes categorias: DM
tipo 1, DM tipo 2 e DM Gestacional [5]. DM 1 é responsável por 5% a 10% dos casos de diabetes, é
caracterizado pela destruição autoimune das células beta-pancreáticas
produtoras de insulina do pâncreas [5,6]. A destruição das células beta (β)
ocorre pela agressão das células linfocitárias, macrófagos e células natural
killer do sistema imunológico do próprio indivíduo, provocando assim um estado
de hiperglicemia prolongada [7]. Esse tipo de diabetes pode ser causado por
predisposições genéticas múltiplas, mas também pode estar relacionado a fatores
ambientais ainda mal definidos [5]. DM 2 é o tipo de
diabetes mais frequente, responsável por 90% a 95% dos casos. A doença é
caracterizada por defeitos na secreção e ação da insulina. As causas do DM 2 são multifatoriais, e fatores como a idade, sedentarismo e
obesidade aumentam o risco de desenvolvimento do DM2 [5].
O Diabetes mellitus gestacional é
caracterizado por um quadro de intolerância à glicose diagnosticado em mulheres
no segundo ou terceiro trimestre de gravidez [5]. No Brasil, o índice de
mulheres com DM gestacional está entre 2,4% e 7,2%, dependendo do critério
utilizado para diagnóstico [8]. Esse tipo de diabetes pode elevar os riscos de
complicações nas mulheres durante o período gestacional e/ou durante o parto
[9].
Para controlar a
hiperglicemia advinda de diferentes categorias do diabetes, alguns tratamentos
estão sendo estudados e aplicados. No DM2, a redução de peso e/ou tratamento
farmacológico para controlar a glicemia são opções que melhoram a resistência à
insulina causada pela doença, mas raramente levam a uma restauração normal [5].
Para o DM gestacional, a insulina, dieta, exercício e acompanhamento pré-natal
também são recomendados para o tratamento desse tipo de diabetes [10]. O DM1 é
tratado com a administração de insulina. Apesar das opções de tratamento,
nenhuma oferece resolução definitiva da doença e não evita que complicações
futuras possam ocorrer em órgãos importantes [11].
Frente ao alto custo
com medicamentos e complicações secundárias decorrentes da falta de controle
adequado da glicemia, outro tratamento que está sendo discutido amplamente
tanto para o DM1, quanto para alguns casos de DM2 [12], é o transplante de
pâncreas ou de ilhotas pancreáticas. Para isso, muitos estudos foram realizados
e continuam a ser testados em ensaios experimentais e investigações
pré-clínicas. Um dos estudos pioneiros foi o protocolo de Edmonton, que
descreve o transplante de ilhotas humanas de cadáveres combinado com terapia
imunossupressora. No início os resultados foram promissores, mas a síntese de
insulina foi gradualmente diminuindo ao longo do tempo e a terapia com insulina
exógena, embora com doses mais baixas, teve que permanecer na maioria dos
pacientes [13]. Apesar desses resultados, existe limitação deste tipo de
tratamento pela falta de doadores de pâncreas advindo de cadáveres [14-16].
Além desse fator, a necessidade dos pacientes à terapia imunossupressora também
é limitante [17,18]. Visando desenvolver terapias alternativas para tratamento
efetivo e acessível para o DM1, estudos tem se concentrado no desenvolvimento
de células beta pancreáticas, responsáveis pela síntese e secreção de insulina,
a partir de células precursoras primitivas - as células-tronco [17-22].
As células-tronco são
células indiferenciadas caracterizadas pela capacidade de autorrenovação a longo prazo e pluripotência, que é a habilidade de se
diferenciar em um ou mais tipos de células especializadas [23,24].
As células-tronco
podem ser classificadas em embrionárias, fetais, do cordão umbilical e adultas
[25]. As células-tronco embrionárias, denominadas totipotentes, podem gerar um
novo indivíduo e possuem essa característica até a fase anterior à formação do
blastocisto [26]. A partir da formação do blastocisto, as células-tronco são
denominadas pluripotentes, as quais possuem alta capacidade de gerar qualquer
tipo de célula fetal e adulta in vivo
e in vitro [23]. Após esse período,
as células já se tornam especializadas [27]. As células-tronco fetais também
são pluripotentes e dão origem a todos os tecidos antes do nascimento. As
células-tronco do cordão umbilical são geneticamente idênticas às do
recém-nascido, mas diferenciam-se em um número limitado de tipos celulares e,
por essa característica, são denominadas multipotentes. As células-tronco
adultas também são denominadas multipotentes, indiferenciadas, raras,
encontradas nos tecidos que são responsáveis pela regeneração tecidual durante
a vida e importantes na manutenção da integridade dos tecidos como pele, osso e
sangue. Possuem plasticidade, que é a característica de se diferenciar em outro
tipo de tecido dependendo das condições de crescimento e diferenciação [25].
Estudos
promissores
mostram a diferenciação de células-tronco
embrionárias humanas em células
β-pancreáticas,
que sintetizam insulina para o tratamento de DM1 [17,18,20,28-30].
Há protocolos estabelecidos sobre a diferenciação de células-tronco
embrionárias humanas em células β in
vitro, embasados no processo da organogênese do pâncreas de organismos
modelos realizados em camundongos e ratos [17,20,30,31].
Porém, apesar do sucesso na geração de células β-pancreáticas a partir de
células-tronco embrionárias humanas in vitro, essas células só apresentaram
marcadores funcionais de diferenciação em célula β madura [insulina,
glucagon, pró-hormônio convertase 1/3 peptídeo-C, polipeptídeo amilóide e
transportador de zinco 8 (ZNT8)] após 8 meses
pós-transplante [31].
Alguns estudos com
células-tronco mesenquimais adultas mostram que estas apresentam grande
potencial para tratamento do DM1, uma vez que essas células são
hipoimunogênicas e bem toleradas [32,33]. No entanto, somente a terapia com
este tipo celular pode não ser eficaz para reverte a autoimunidade do DM1 e o
uso de drogas imunossupressoras pode ser necessário [33].
Todas as linhagens de
células-tronco têm grande potencial terapêutico. O uso de células-tronco
adultas evita as questões éticas envolvidas na pesquisa com células tronco
embrionárias e poderia evitar a rejeição imune no caso de transplante autólogo.
Já, as células-tronco embrionárias podem ser empregadas em um número muito
maior de aplicações do que as adultas. Além disso, teoricamente, tem a vantagem
de não induzir a rejeição devido estado imune privilegiado
por serem altamente indiferenciadas. No entanto, essa teoria ainda não
foi comprovada. Outra vantagem das células-tronco embrionárias é que elas podem
ser cultivadas indefinidamente in vitro enquanto que as adultas apresentam
capacidade limitada [34].
Tendo em vista os
avanços da utilização de células-tronco para tratamento do DM1, essa revisão
tem por objetivo discutir as recentes pesquisas em terapias com células-tronco
embrionárias para o DM1.
Fonte
de dados
Para a revisão, foi
feita uma pesquisa no site National
Center of Biotechnology Information (NCBI – PUBMED) com as seguintes
palavras-chave: treatment, type 1 diabetes, embryonic, stem cells. Foi realizada uma
busca em um período de 5 anos (2010-2015) e foram
encontrados 81 artigos, os quais foram analisados com base nos títulos. Dos 81
artigos, 20 foram eliminados por não abordarem assuntos coerentes com a
pesquisa e, dos 61 artigos com títulos coerentes, os resumos foram lidos.
Destes, 47 foram lidos integralmente e analisados, mas 12 não foram lidos como full text porque não foi possível obter
o texto completo e 2 não apresentavam o texto
completo. Após análise dos textos completos dos 47 artigos lidos, 10 deles
foram excluídos da pesquisa por não abordarem o tema esperado. Desta forma,
foram incluídos 37 artigos na revisão completa.
O tratamento
empregado para o DM1 é a administração de insulina, que controla a glicemia dos
pacientes. No entanto, não restaura as ilhotas pancreáticas como de um
indivíduo normal e não impede o aparecimento de complicações secundárias de
forma definitiva. Outra abordagem sugerida é o transplante de ilhotas
pancreáticas, no entanto a maioria dos trabalhos relata a falta de doadores do
órgão. Como alternativa estudos tem se concentrado na
utilização de células-tronco embrionárias para tratamento do DM1
[17,18,20,28-30].
Para a utilização das
células-tronco embrionárias no tratamento do DM1, a abordagem inicial foi a obtenção de um meio para diferenciar essas células em
células β produtoras de insulina ou células capazes de produzir insulina
em resposta à glicose do sangue. A maioria dos protocolos e revisões descreve
diferenciação in vitro de
células-tronco embrionárias com base na organogênese do pâncreas de organismos
modelos [17,20,30,31,35-39]. No entanto, utilizam as
células em estágio diferentes de diferenciação. Uma das revisões revela que
células-tronco embrionárias diferenciadas até células progenitoras pancreáticas
possuem vantagens em relação às células diferenciadas para produção de insulina
in vitro, pois essas não respondem
adequadamente à estimulação de glicose in
vivo, mostrando que ainda não atingiram funcionalidade semelhante às
células β maduras [40]. Alguns protocolos também apontam imaturidade e
baixa resposta à estimulação de glicose nas células diferenciadas in vitro,
apesar de apresentarem produção de insulina [17,30]. Para solucionar o problema
dessas células, alguns estudos sugerem a implantação dessas células in vivo, pois apresentam maturação e
consequentemente uma melhor resposta a estimulo de glicose [17,28,41].
Porém, apesar da
produção de células β, para que o tratamento com células-tronco
embrionárias diferenciadas fosse aplicado em paciente com DM1, as células
precisavam ainda ser protegidas do sistema imunológico do indivíduo. Para isso,
o encapsulamento dessas células foi proposto por grande parte dos estudos [14,28,42,44-48] e sua utilização parece ser promissora
quando transplantada em ratos e camundongos, mostrando que as células
transplantadas se tornam maduras e respondem adequadamente à estimulação de
glicose [48]. O estudo de Motté et al. [48] aponta
que células encapsuladas implantadas em ratos mostrou uma baixa produção de
insulina e resposta à glicose quando comparadas às ilhotas humanas. Embora seja
uma solução eficaz, Cechin et al. [49] apontam algumas
falhas, como o risco de lesões teratogênicas pelo fato das células não serem
maduras suficientemente, o longo prazo da maturação das células, além de
apontar que a maturação in vivo em um microambiente humano poderia não ser
permissivo como é em roedores. Para solução do problema, Cechin et al. [49] propõem assim que a modulação
de oxigênio possa ter um efeito drástico na diferenciação de células β a
partir de células-tronco embrionárias humanas, e relata que in vivo com o aumento da oxidação no
estágio final de diferenciação, se obtém um ambiente mais permissivo para
enxertos de progenitores pancreáticos para maturação em células β, mas que
não impede o aparecimento de teratomas. In vitro, é relatado que o nível de
pressão parcial fisiológica (observada em ilhotas maduras) é ideal para criar o
ambiente de desenvolvimento observado in
vivo e se obtiver aumento na diferenciação de células β. Apesar da
melhoria, os pesquisadores reconhecem que refinamentos são necessários para
alcançar a maturação completa de células β diferenciadas in vitro. O
estudo de Guo et al. [50] teve uma abordagem parecida,
no entanto aqui os pesquisadores relataram fatores de expressões observados nas
células progenitoras pancreáticas do mesênquima de ratos. Então, a ideia foi
aplicar esses fatores de expressão na diferenciação in vitro de células-tronco embrionárias humanas, porém, só foi
constatado um aumento das células progenitoras pancreáticas, os pesquisadores
acreditam que uma recapitulação mais aprofundada dos fatores expressos poderia otimizar as fases finais da diferenciação de células-tronco
embrionárias em células β.
Apesar de todas as
conquistas, tanto a diferenciação como a implantação do tratamento ainda
requerem mais estudos e avanços, algumas revisões abordam diversas
dificuldades, riscos e limitações que o tratamento com células-tronco
embrionárias apresenta. Algumas dessas dificuldades podem ser reveladas na
incapacidade já citada acima de gerar células β totalmente maduras in vitro
[38,41], a necessidade de uma
produção relativamente alta de células-tronco
diferenciadas e a capacidade de
preservá-las [46]. Mesmo apesar de já haver estudos para
a alta produção em
escala de células-tronco diferenciadas, como mostra uma das
revisões, ainda há
necessidade de melhorias [18]. Os métodos para diferenciar as
células-tronco
também limitam a grande produção dessas
células e não foi possível a geração
de
células β in vitro que respondem à
estimulação de glicose [51], e o risco
de lesões teratogênicas [49].
Em
respostas aos
diversos problemas com células-tronco embrionárias,
pode-se observar a buscas
por novos meios de tratar o DM1 com outros tipos de
células-tronco [52-55]. As
células-tronco pluripotentes induzidas são células
produzidas em laboratório
através da reprogramação de células
adultas, fazendo com que essas células
voltem a se tornar células pluripotentes embrionárias. A
indução dessas células
é feita por estímulo químico pela
reprogramação do código genético dessas
células a partir de um vírus –
transdução do código genético com um
retrovírus
contendo quatro fatores de transcrição, Oct4, Sox2, Klf4
e c-myc, que são
geralmente expressas em células-tronco embrionárias [46].
O material genético
do retrovírus é inserido no DNA da célula adulta
para que esta volte ao estágio
de célula-tronco embrionária [27].
Uma
das revisões
relata a vantagem da utilização de células-tronco
pluripotentes induzidas em
relação às células-tronco
embrionárias, já que sua obtenção é
menos burocrática
e oferece a solução de problemas de
rejeição imunológica quando transplantadas,
uma vez que as células-tronco pluripotentes induzidas podem ser
obtidas do
próprio indivíduo [51]. Entretanto, embora a
utilização de células-tronco
pluripotentes seja positiva, uma revisão relata que há
diferenças genômicas
dentre as populações de células-tronco
embrionárias e células-tronco
pluripotentes induzidas, seja pela sua pré-existência como
célula adulta ou
pela forma com que foi reprogramada e que podem gerar
consequências de
aberrações cromossômicas não conhecidas.
Embora esse grupo de estudo relate que
as consequências sejam desconhecidas, ainda assim pelas vantagens
da utilização
da célula, são recomendadas as células-tronco
pluripotentes induzidas [46]. Jeon
et al. [56] também mostram a utilização de
células-tronco pluripotentes induzidas. Apesar disso, uma das revisões afirma
que em meio a uma cuidadosa pesquisa na literatura, é
observado que as células produtoras de insulina derivadas de células-tronco embrionárias
estão mais próximas às células β verdadeiras comparadas às células-tronco
pluripotentes induzidas [57].
A maioria dos
recentes estudos abordam diferentes meios e estratégias para obtenção de
células β pancreáticas capazes de serem utilizadas
para tratamento o DM1. Inúmeras são as abordagens propostas para melhorar a
diferenciação de células-tronco embrionárias em células β maduras ou para
obter a diferenciação completa in vitro, todas com abordagens diferentes,
porém, com um objetivo em comum de encontrar um meio eficaz para tratar o DM1.
Mas, ainda há caminhos para a utilização clinica dessas células, pois, como
muitos artigos relataram, as células-tronco
embrionárias ainda possuem dificuldades em sua aplicação clinica, mas sua utilidade
ainda é aprovada e promissora.