Enrico Jardim Clemente Santos [1]
INTRODUÇÃO
O constante desenvolvimento tecnológico vem ampliando significativamente as perspectivas da humanidade em diferentes áreas do conhecimento. Dentre estas temos a necessidade de nos tornarmos uma raça espacial, de forma que possamos explorar e estabelecer nossa presença em outras luas e planetas, o que tende a resultar na implementação do turismo espacial, por meio de diversos voos tripulados. Entretanto, a fim de alcançar esses objetivos, a vida terrestre precisa superar desafios associados a ambientes que diferem daquelas encontradas na Terra, os quais tendem a ser estressantes para o organismo como a microgravidade (aproximadamente 1×10−6 g), falta de uma atmosfera, mudanças de fluidos, ausência de um campo geomagnético que deflete partículas carregadas, radiação cósmica galáctica (além do Cinturão de Van Allen da Terra), privação de sono e alteração dos ritmos circadianos.
Estudos vêm demonstrando que uma longa permanência no espaço pode ter um impacto significativo no organismo, resultando em problemas de saúde como desregulação do sistema imunológico, atrofia muscular, perda óssea devido a um aumento da atividade de reabsorção óssea, problemas cardíacos, motilidade gastrointestinal reduzida, prejuízo no processo de cicatrização de feridas e fraturas ósseas, entre outros (KIRCHEN , 1995; SONNENFELD, 2003; RADEK, 2008; TRAPPE, 2009; SMITH, 2014; BLOOMFIELD, 2016; HUGHSON, 2018). A longo prazo a microgravidade tende a atuar nas células-tronco adultas tecido específicas, de forma a afetar os processos de proliferação e diferenciação influenciando diretamente no mecanismo contínuo de regeneração tecidual.
Atualmente as células-tronco são divididas em três tipos distintos os quais são denominados de células-tronco embrionárias (CTEs) isoladas a partir da massa celular interna do blastocisto, células-tronco pluripotentes induzidas (CTPIs) células adultas modificadas geneticamente de forma adquirirem as características das CTEs e as células-tronco adultas (CTAs) isoladas a partir de tecidos maduros como gordua, músculo, medula óssea, polpa dentária, entre outros. As CTAs ainda podem ser subdivididas em células-tronco mesenquimais (CTMs) e células-tronco hematopoiéticas (CTHs).
As CTMs, por meio de seus processos de adesão, migração, proliferação e diferenciação, são de fundamental importância para a manutenção da homeostase do organismo o que torna o seu estudo, em condições de microgravidade, de fundamental importância para a exploração espacial (MAZINI, 2019; MATSUO, 2021; HERNANDEZ, 2021).
DESENVOLVIMENTO
O presente estudo caracteriza-se por ter sido realizado a partir de uma pesquisa bibliográfica de cunho exploratório e descritivo junto a bases científicas de dados indexadas nas bases Google Acadêmico, Scientific Electronic Library Online (Scielo), Literatura Latino-Americana do Caribe em Ciência da Saúde (LILACS) e Medical Literature Analysis and Retrievel System Online (MEDLINE). Para a busca, foi realizado o recorte temporal de publicações entre os anos de 1990 a 2023, utilizando as seguintes palavras-chaves: células-tronco, microgravidade.
O ambiente espacial tende a ocasionar várias alterações fundamentais nos organismos vivos, especialmente devido à microgravidade. Como as missões espaciais são raras e caras, os estudos terrestres são de grande interesse. A possibilidade de simularmos, in vitro, um ambiente de microgravidade tem levado ao desenvolvimento de pesquisas que podem resultar na compreensão dos efeitos da microgravidade em sistemas vivos, eliminando os desafios inerentes aos experimentos realizados durante o voo espacial.
As células-tronco são um dos tipos de células mais proeminentes, devido às suas capacidades de autorrenovação e diferenciação. A pesquisa sobre células-tronco sob microgravidade simulada gerou muitas descobertas importantes, esclarecendo o impacto da microgravidade nos processos moleculares e celulares. Técnicas de simulação, incluindo clinostato, máquina de posicionamento aleatório, vaso de parede rotativa e sistemas baseados em levitação magnética melhoraram nosso conhecimento sobre os efeitos da microgravidade na morfologia, migração, proliferação e diferenciação de células-tronco. O esclarecimento dos mecanismos subjacentes a tais mudanças oferece um potencial empolgante para várias aplicações, como a identificação de supostos alvos terapêuticos para modular a função das células-tronco e da medicina regenerativa baseada nas células-tronco.
As CTMs podem ser encontradas na maioria dos tecidos e órgãos pós-natais, sendo a medula óssea e o tecido adiposo, as fontes mais utilizadas nos estudos de microgravidade, devido ao processo de obtenção ser menos invasivo. As CTMs se caracterizam por serem células indiferenciadas, fusiformes, longas e achatadas, apresentando uma morfologia fibroblastóide, habilidade de se aderir a superfícies poliméricas, elevado potencial de proliferação, capacidade de se diferenciar em linhagens osteogênica, condrogênica e adipogênicas. Aproximadamente 95% das CTMs devem expressar os marcadores de superfície CD105, CD73 e CD90 assim como menos de 2% devem expressar CD14, CD19, CD34, CD45 e HLA-DR (DOMINICI, 2006). Em função das CTMs estarem situadas em nichos presentes nos tecidos, sendo responsáveis pela reposição celular, alterações resultantes da exposição à microgravidade poderão ter ramificações significativas para várias linhagens celulares em todo o corpo.
Com o avanço da medicina novas perspectivas terapêuticas têm sido desenvolvidas. Dentre estas temos a terapia celular com células-tronco por meio da qual diversos estudos clínicos vêm sendo desenvolvidos como lesão medular, infarto cerebral, osteoartrite, insuficiência cardíaca e artrite reumatoide, entre outras (WONG, 2013; PERIN, 2015; OH, 2016; SHICHINOHE, 2017; PARK, 2018). Para uma boa eficácia terapêutica a compreensão de fatores como fonte tecidual e o ambiente de cultura, fatores solúveis, estruturas físicas para o crescimento celular (scaffolds), estimulação elétrica, hipóxia e gravidade, são de fundamental importância (MATSUMOTO, 2013; COLLINS, 2014; LIN, 2017; TAJIMA, 2017; IMURA, 2017; OTSUKA, 2018).
Embora seja necessário compreendermos como a microgravidade afeta as estruturas celulares, anatômicas e fisiológicas dos indivíduos, os experimentos envolvendo a utilização da Estação Espacial Internacional apresentam custos significativos. Tal fato levou os pesquisadores a desenvolverem dispositivos que simulam um ambiente de microgravidade. O desenvolvimento destes resultou em uma melhor compreensão da ação da microgravidade em diferentes sistemas. Dentre os mecanismos criados temos o clinostato 1D, clinostato 3D, vaso de parede rotativa (RWV, Rotating Wall Vessel), Sistema de Cultivo de Células Rotativas (RCCS, Rotary Cell Culture System) e o dispositivo de controle de gravidade multidirecional “Gravite®” (HOSON, 1997; MIHAILOVA, 2006; BORST, 2009; IMURA, 2013).
Em um ambiente de microgravidade simulado, o efeito da microgravidade na morfologia é visto claramente devido às drásticas alterações ocorridas no citoesqueleto das CTMs uma vez que estas passam a apresentar o citoesqueleto de actina interrompido, vinculina redistribuída e aumento da expressão de integrina a2. Os dados demonstram que o número de células que expressam a molécula de adesão celular vascular 1 (VCAM-1) foi aumentado o que sugere que a microgravidade pode causar uma alteração nos microfilamentos e a adesão de CTMs (GERSHOVICH, 2007).
Estudo realizado por Yuge e colaboradores acerca do potencial de proliferação das CTMs, em condições de microgravidade simuladas in vitro, demonstrou um aumento significativo das características proliferativas, aproximadamente treze vezes em uma semana, em comparação ao grupo controle cultivado em condições normais de gravidade terrestre (normal), o qual apresentou um crescimento de quatro vezes em uma semana. A análise dos telômeros demonstrou que o comprimento permaneceu equivalente em ambos os grupos experimentais (YUGE, 2006).
Diversos estudos vêm sendo desenvolvidos em microgravidade com fins terapêuticos. Monticone e colaboradores demonstraram que sob o efeito da microgravidade genes relacionados a vários processos de desenvolvimento neural, morfogênese de neurônios, transmissão de impulsos nervosos e sinapse podem ter suas características celulares alteradas. Tal fato abre a possibilidade de se utilizar CTMs cultivadas sob microgravidade no tratamento de doenças que acometem o sistema nervoso central (MONTICONE, 2010). Achados equivalentes forma obtidos por Otsuka e colaboradores que demonstraram que culturas de CTMs mantidas em um ambiente simulado de microgravidade apresentam maior expressão de genes envolvidos em efeitos neuroprotetores (anti-inflamatórios e anti-apoptose), fator de crescimento de hepatócitos e fator de crescimento transformador beta, assim como maiores efeitos neuroprotetores in vitro e in vivo, do que as CTMs cultivadas no ambiente de gravidade terrestre. Estes resultados sugerem uma nova estratégia visando o tratamento de doenças do sistema nervoso central (OTSUKA, 2018). Pesquisas realizadas pelas equipes de Yuge e Mitsuhara, utilizando como modelo a lesão medular e lesão cerebral traumática respectivamente, também demonstram o potencial terapêutico das CTMs quando cultivadas em um ambiente de microgravidade simulada (YUGE, 2011; MITSUHARA, 2013).
Dados obtidos por Hagiwara e colaboradores relataram que o cultivo inicial das células progenitoras endoteliais (CPEs), realizado sob condições de microgravidade, seguido por um ambiente de gravidade terrestre, apresentaram um aumento significativo nas taxas de expansão assim como no potencial angiogênico. Resultados equivalentes foram obtidos com células mononucleares CD34+ quando comparadas às cultivadas em ambiente terrestre. Estes resultados demonstram que o cultivo celular em microgravidade pode ser uma ferramenta valiosa para a vasculogênese terapêutica e regeneração tecidual (HAGIWARA, 2018).
Em estudo realizado por Yanping e colaboradores foi relatado que células-tronco da polpa dentária humana (CTPDHs) cultivadas em condições de dinâmica tridimensional de microgravidade (SMG-3D, Dynamic three‑dimensional simulated microgravity), em presença de meio osteogênico, melhorou significativamente a proliferação e diferenciação odontogênica das CTPDHs otimizando o seu metabolismo e microambiente. Estes resultados demonstraram que o cultivo em condições microgravidade simulada pode contribuir para a regeneração do tecido dentário, favorecendo assim a engenharia dentária. (YANPING, 2017).
CONCLUSÕES
As pesquisas relacionadas a células-tronco sob microgravidade simulada vêm exercendo um impacto significativo em nossos conhecimentos acerca de seus efeitos na morfologia, migração, proliferação e diferenciação de células-tronco. Recentemente a NASA criou a intitulada “Microgravity Expanded Stem Cells, uma iniciativa que visa investigar a possibilidade de cultivar células-tronco humanas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS, International Space Station), para uso em ensaios clínicos, objetivando avaliar sua aplicação no tratamento de diferentes patologias. Com base nestes conhecimentos uma nova perspectiva terapêutica para diversas doenças pode estar se abrindo. Desta forma o uso de condições de microgravidade pode contribuir para o desenvolvimento da medicina regenerativa por meio da utilização das células-tronco.
REFERÊNCIAS
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[1] Doutor. ORCID. https://orcid.org/0000-0003-0869-3342. Currículo lattes: http://lattes.cnpq.br/3625817369504094.
