Os cientistas descobriram uma maneira de restaurar a cartilagem nas articulações dos joelhos envelhecidas, pelo menos em ratos, bloqueando uma proteína cujos níveis aumentam com a idade. Essa abordagem não apenas reverteu a perda natural de cartilagem em animais idosos, mas também protegeu os ratos do desenvolvimento de artrite após lesões nos joelhos semelhantes às rupturas do LCA em pessoas.
As descobertas também se mostraram promissoras em tecidos humanos. Amostras de cartilagem coletadas durante a cirurgia de substituição do joelho responderam ao tratamento começando a produzir cartilagem nova e funcional.
Juntos, os resultados sugerem que a cartilagem danificada pelo envelhecimento ou pela artrite pode ser mais capaz de reparar do que se pensava anteriormente. Se a estratégia funcionar nas pessoas, os investigadores acreditam que poderá levar a um medicamento oral ou injecção que regenere a cartilagem e reduza a necessidade de cirurgia de substituição do joelho ou da anca.
Visando os danos por trás da osteoartrite
A osteoartrite é uma doença articular degenerativa na qual a cartilagem se rompe gradualmente, fazendo com que as articulações fiquem doloridas, inchadas e difíceis de mover. Afecta um em cada cinco adultos nos Estados Unidos e estima-se que resulte em custos directos de cuidados de saúde de aproximadamente 65 mil milhões de dólares por ano.
Os tratamentos atuais concentram-se principalmente no controle da dor e de outros sintomas. Quando a doença se torna grave, a única opção é substituir cirurgicamente a articulação danificada. Atualmente não existem medicamentos que possam retardar ou reverter de forma confiável a osteoartrite.
O estudo liderado pela Stanford Medicine concentrou-se, em vez disso, numa proteína chamada 15-PGDH. Os pesquisadores descrevem isso como gerozyme, um termo para enzimas que se tornam mais abundantes com a idade e contribuem para a perda gradual da função dos tecidos.
Trabalhos anteriores do mesmo grupo mostraram que o 15-PGDH atua como um importante regulador do envelhecimento em muitos tecidos. Bloquear a proteína com uma molécula pequena aumentou a massa muscular e a resistência em ratos idosos. Por outro lado, o aumento de 15-PGDH em animais jovens fez com que os músculos encolhessem e enfraquecessem. A proteína também tem sido associada à regeneração de ossos, nervos e células sanguíneas.
Em muitos desses tecidos, o tratamento depende da multiplicação e desenvolvimento de células-tronco específicas do tecido em células especializadas. A cartilagem começou a se comportar de maneira diferente. Em vez de depender de células-tronco, as células cartilaginosas existentes, chamadas condrócitos, mudaram seus padrões de atividade genética e passaram para um estado mais jovem.
“Esta é uma nova forma de regenerar tecidos adultos e tem uma promessa clínica significativa para o tratamento da artrite causada pelo envelhecimento ou lesões”, disse Helen Blau, PhD, professora de microbiologia e imunologia. “Estávamos à procura de células estaminais, mas claramente não estão envolvidas. Isto é muito emocionante.”
Blau, que dirige o Laboratório Baxter de Biologia de Células-Tronco e o Professor da Fundação Donald E. e Delia B. Baxter, e Nidhi Bhutani, PhD, professor associado de cirurgia ortopédica, é o autor sênior da pesquisa, que foi publicada em. Ciência. Mamta Singla, PhD, instrutora de cirurgia ortopédica, e o ex-bolsista de pós-doutorado Yu Xin (Will) Wang, PhD, são os principais autores do estudo. Wang é agora professor assistente no Sanford Burnham Institute, em San Diego.
“Regeneração dramática” da cartilagem.
“Milhões de pessoas sofrem de dores e inflamações nas articulações à medida que envelhecem”, disse Bhutani. “Esta é uma enorme necessidade médica não atendida. Até agora, não existe nenhum medicamento que trate diretamente a causa da perda de cartilagem. Mas este inibidor de gerozima causa uma regeneração dramática da cartilagem em comparação com o que foi relatado em resposta a qualquer outro medicamento ou intervenção.”
Cartilagem não é tudo igual. Existem três tipos principais no corpo humano, cada um projetado para uma função diferente.
A cartilagem elástica é macia e flexível e ajuda a formar estruturas como o ouvido externo. A fibrocartilagem é mais rígida e mais adequada para absorver força, inclusive nas áreas entre as vértebras da coluna. A cartilagem hialina é lisa e escorregadia, permitindo que os ossos se movam uns contra os outros com muito pouco atrito nas articulações, como tornozelos, quadris, ombros e algumas partes do joelho.
Nas articulações, a cartilagem hialina também é conhecida como cartilagem articular. Este é o tipo mais comumente danificado pela osteoartrite.
A osteoartrite pode se desenvolver quando as articulações sofrem estresse devido ao envelhecimento, lesões ou obesidade. Os condrócitos começam a produzir moléculas inflamatórias e também a quebrar o colágeno, uma proteína estrutural que dá à cartilagem a maior parte de sua força.
À medida que o colágeno desaparece, a cartilagem torna-se fina e macia. A inflamação aumenta o inchaço e a dor, causando os sintomas familiares da osteoartrite.
O problema é que a cartilagem articular geralmente tem muito pouca capacidade de se reparar. Os investigadores identificaram potenciais células estaminais ou progenitoras capazes de formar cartilagem no osso, mas os esforços para encontrar populações de células semelhantes na cartilagem articular não tiveram sucesso.
Proteína do envelhecimento torna-se alvo
Pesquisas anteriores do laboratório de Blau descobriram que uma molécula chamada prostaglandina E2 é importante para o funcionamento das células-tronco musculares. A proteína 15-PGDH decompõe a prostaglandina E2.
O bloqueio de 15-PGDH, ou o aumento dos níveis de prostaglandina E2, apoia a regeneração de músculos, nervos, ossos, cólon, fígado e células sanguíneas danificados em camundongos jovens.
Isto levantou uma questão importante para Blau, Bhutani e seus colegas: poderiam as mesmas vias biológicas contribuir para a deterioração da cartilagem à medida que os animais envelhecem ou recuperam de lesões?
Os pesquisadores compararam os níveis de 15-PGDH na cartilagem do joelho de ratos jovens e velhos. Eles descobriram que a quantidade de xerozyme aproximadamente dobra com a idade.
Eles então deram aos animais maiores uma droga de molécula pequena projetada para bloquear o 15-PGDH. Em um experimento, a droga foi injetada no estômago para que pudesse afetar todo o corpo. Em outro, foi aplicado diretamente na articulação do joelho.
Ambas as abordagens produziram resultados surpreendentes.
A cartilagem dos joelhos dos animais idosos era significativamente mais fina e menos funcional do que a cartilagem dos ratos jovens. Porém, após a cicatrização, tornou-se mais espesso na superfície articular.
É importante ressaltar que as células estavam produzindo cartilagem hialina, a cartilagem articular lisa necessária para o movimento articular saudável, em vez da fibrocartilagem menos adequada.
“Esta extensão da regeneração da cartilagem em ratos velhos surpreendeu-nos”, disse Bhutani. “O impacto foi notável.”
Protegendo os joelhos após lesões do LCA
Os pesquisadores também testaram se o tratamento poderia ajudar após lesões traumáticas no joelho.
As rupturas do LCA são especialmente comuns em esportes como futebol, basquete e esqui, onde os atletas frequentemente giram, param repentinamente ou saltam. A cirurgia pode reparar um ligamento rompido, mas reparar a lesão imediata não evitará danos articulares a longo prazo.
Cerca de 50% das pessoas que sofrem essas lesões desenvolvem osteoartrite na articulação afetada em cerca de 15 anos.
Em experimentos com ratos, os pesquisadores administraram o inibidor da girozima duas vezes por semana durante quatro semanas após a lesão. O tratamento reduziu drasticamente as chances dos animais desenvolverem osteoartrite.
Os ratos que receberam a droga de controle tiveram o dobro dos níveis de 15-PGDH em comparação com os animais cujos joelhos não foram feridos, e desenvolveram osteoartrite em quatro semanas.
Os ratos tratados também caminharam mais normalmente e colocaram mais peso na pata presa à perna lesionada do que os animais não tratados.
“Curiosamente, a prostaglandina E2 causa inflamação e dor”, disse Blau. “Mas esta investigação mostra que, a um nível biológico normal, pequenos aumentos na prostaglandina E2 podem promover a regeneração”.
Rejuvenescendo células cartilaginosas antigas
Para entender o que estava acontecendo dentro da articulação, os pesquisadores observaram mais de perto os condrócitos de camundongos jovens e velhos.
As células cartilaginosas mais antigas mostraram maior atividade em genes associados à inflamação e à transformação indesejada da cartilagem hialina em osso. Além disso, os genes envolvidos no desenvolvimento normal da cartilagem eram menos ativos.
O tratamento mudou esse equilíbrio.
Uma população de condrócitos antigos que produziam 15-PGDH e expressavam genes associados à degradação da cartilagem diminuiu de 8% das células para 3%.
A segunda população, que não produzia 15-PGDH, mas expressava genes associados à formação de fibrocartilagem, caiu de 16% para 8%.
Enquanto isso, um terceiro grupo moveu-se rapidamente na direção oposta. Essas células não produziram 15-PGDH e expressaram genes envolvidos na formação da cartilagem hialina e na manutenção da matriz extracelular necessária para o funcionamento saudável da cartilagem. Sua participação aumentou de 22% para 42%.
A matriz extracelular é a rede de proteínas e outras moléculas que envolve as células e dá estrutura aos tecidos. Na cartilagem, é especialmente importante porque ajuda o tecido a suportar a pressão, mantendo a superfície lisa necessária para o movimento articular.
No geral, o tratamento pareceu levar a cartilagem a um estado biológico jovem, sem o recrutamento de células-tronco ou progenitoras.
A cartilagem humana também respondeu
Os pesquisadores então examinaram a cartilagem retirada de pessoas com osteoartrite que foram submetidas a uma cirurgia de substituição total do joelho.
Após uma semana de tratamento com um inibidor de 15-PGDH, havia menos condrócitos expressando 15-PGDH no tecido humano. Houve também um declínio na atividade dos genes associados à degradação da cartilagem e da fibrocartilagem em comparação com o tecido não tratado.
Mais notavelmente, as amostras começaram a regenerar a cartilagem articular.
“Este mecanismo é bastante impressionante e realmente mudou a nossa visão de como a regeneração dos tecidos pode ocorrer”, disse Bhutani. “É claro que um grande grupo de células já presentes na cartilagem está mudando seus padrões de expressão genética. E ao direcionar essas células para regeneração, podemos ter a oportunidade de ter um impacto clínico geral maior.”
As descobertas ainda não estabeleceram se o tratamento pode regenerar a cartilagem ou prevenir a osteoartrite nas pessoas. Os resultados dos ratos e as experiências em tecidos humanos oferecem evidências iniciais importantes, mas serão necessários ensaios clínicos que testem especificamente a regeneração da cartilagem para determinar se a abordagem é segura e eficaz para os pacientes.
Um inibidor oral de 15-PGDH já chegou aos ensaios clínicos para um problema diferente relacionado à idade: fraqueza muscular.
Blau disse: “Os ensaios clínicos de fase 1 de um inibidor de 15-PGDH para fraqueza muscular mostraram que ele é seguro e ativo em voluntários saudáveis. Nossa esperança é que um ensaio semelhante seja lançado em breve para testar sua eficácia na regeneração da cartilagem. Estamos muito entusiasmados com este avanço potencial. Imagine regenerar a cartilagem existente e evitar a substituição da articulação”.
Pesquisadores do Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute contribuíram para este trabalho.
O estudo foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (doações R01AR070864, R01AR077530, R01AG069858 e R00NS120278), a Fundação Baxter para Biologia de Células-Tronco, a Fundação Li Ka Shing, o Stanford Cardiovascular Institute, a Milky Way Research Foundation, os Institutos Canadenses de Pesquisa em Saúde, o Stanford Translational Research and Applied Medicine Pilot Grant. uma bolsa de pós-doutorado GlaxoSmithKline Sir James Black e uma bolsa de pós-doutorado do reitor de Stanford.
Blau, Bhutani e outros co-autores são inventores de pedidos de patente apresentados pela Universidade de Stanford envolvendo a inibição do 15-PGDH para o rejuvenescimento da cartilagem e dos tecidos. Esses aplicativos são licenciados pela Epirium Bio. Blau é cofundador da Myofort/Apirium e possui ações e opções de ações na empresa.
