Microrrobôs magnéticos com células estaminais para lesão da medula espinal na ETH Zurich

Conseguir que células estaminais transplantadas se transformem em tecido nervoso dentro de uma lesão da medula espinal exige um pequeno empurrão.

Até agora, esse empurrão costumava depender de eléctrodos colocados cirurgicamente nas proximidades da medula.

O problema é que o tecido espinal lida mal com contacto físico. No entanto, uma equipa em Zurique encontrou uma forma de dispensar a cirurgia por completo.

Os investigadores criaram um dispositivo suficientemente pequeno para circular na corrente sanguínea e usaram um íman, mantido no exterior do corpo, para o orientar e activá-lo. Assim, o processo de reparação arrancou sem um único eléctrodo implantado.

Os nervos continuam danificados

A dificuldade começa na própria biologia. As células nervosas da medula espinal quase nunca voltam a crescer depois de serem cortadas e, além disso, o tecido cicatricial que se forma à volta da lesão fecha o espaço, travando quaisquer fibras que tentem atravessá-lo.

Uma das estratégias tem sido transplantar células estaminais para a zona danificada e, por vezes, estimulá-las com impulsos eléctricos suaves.

Só que esses impulsos, na maioria dos casos, exigem eléctrodos posicionados junto de um tecido que reage mal a qualquer perturbação. E, mesmo quando as células são colocadas no local, muitas morrem ou não chegam a integrar-se no tecido circundante.

Era necessário um modo de entrada mais delicado. Esta missão foi assumida por investigadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique (ETH Zurich).

O projecto foi liderado pelo professor Salvador Pané i Vidal, director do Laboratório de Robótica Multi-Escala.

Construir robôs minúsculos

A solução proposta combina células vivas com engenharia numa escala quase invisível. Cada microrrobô é acoplado a uma célula progenitora neural.

Trata-se de uma célula jovem, capaz de dar origem a diferentes componentes do sistema nervoso, com nanopartículas concebidas para aderirem à sua superfície.

Estas células começam por ser células adultas comuns, reprogramadas no laboratório para regressarem a um estado jovem e novamente indiferenciado.

Essa técnica - descrita em trabalhos anteriores - revolucionou a medicina regenerativa e permite que as células sejam orientadas para um destino nervoso. As nanopartículas, por sua vez, funcionam em duas camadas.

Electricidade e ímanes

O núcleo deforma-se quando sujeito a um campo magnético, e a camada exterior converte essa deformação num impulso eléctrico muito ténue; no total, cada microrrobô mede cerca de 6 micrómetros de diâmetro.

A montagem é feita num microchip do tamanho de uma unha e fica pronta em cerca de 30 minutos.

“Colocamos um reservatório no centro onde aprisionamos as células. Depois injectamos as nanopartículas e esperamos que os dois componentes se liguem”, disse Pané i Vidal.

Orientação dentro do corpo

Depois de injectados, os microrrobôs não ficam à deriva. Um campo magnético fraco, aplicado do exterior do corpo, agarra os núcleos ricos em ferro e fá-los rolar para a frente, permitindo à equipa guiá-los até um ponto escolhido.

Para demonstrar o nível de controlo, fizeram um único microrrobô rolar sobre uma placa de vidro, desenhando letras ao longo do percurso.

Os investigadores também testaram o sistema em larvas de peixe-zebra, pequenos peixes transparentes usados frequentemente em estudos laboratoriais.

No interior do organismo, conduziram os microrrobôs através de uma artéria de fluxo rápido, deslocando-os tanto a favor como contra a corrente.

Mover-se contra o fluxo sanguíneo foi mais lento, mas também mais estável, enquanto seguir a corrente resultou em ocasionais picos de velocidade.

Manter um trajecto definido num bloodstream em movimento é difícil, e os microrrobôs conseguiram fazê-lo.

Acordar as células

Chegar ao local certo é apenas metade do trabalho - e nem sequer é a parte mais exigente. As células ainda precisam de amadurecer e tornar-se tecido nervoso funcional, e é aí que o campo magnético volta a ser determinante.

Quando o sistema é comutado para um campo rapidamente alternado, as partículas na superfície de cada célula emitem pequenos pulsos de electricidade. Esses pulsos parecem abrir canais na membrana celular.

O cálcio entra em grande quantidade e, ao que tudo indica, activa o processo que transforma a célula numa célula nervosa.

A ideia de usar magnetismo para levar partículas a fornecer “empurrões” eléctricos já tinha sido testada antes, num estudo anterior sobre tecido cerebral.

O que ainda não tinha sido demonstrado era a combinação desse método com células que podem ser guiadas magneticamente até uma lesão específica da medula espinal.

Peixes que voltaram a nadar

A prova decisiva surgiu em peixes com lesões espinais recentes. Sem tratamento, mal se mexiam e, nos casos mais graves, ficavam totalmente paralisados, à deriva num único ponto em vez de explorarem os seus recipientes.

Os peixes são um caso particular porque a medula espinal pode regenerar-se com o tempo. Mesmo assim, os animais tratados recuperaram mais depressa do que os que foram deixados a curar por conta própria.

Ao fim de três dias, os peixes que receberam o tratamento completo nadavam quase normalmente, sugerindo uma recuperação substancial da função motora. Nenhum dos dois grupos de comparação conseguiu alcançar esse resultado.

O teste maior

Os peixes são sujeitos mais permissivos. Os ratos são bastante menos tolerantes. A medula espinal deles, tal como a nossa, não se recompõe depois de um corte limpo.

Quando a equipa seccionou totalmente a medula espinal de um rato e, em seguida, administrou os microrrobôs, os animais recuperaram movimento real em quatro semanas.

Ninguém tinha mostrado que um robô magnético transportador de células pudesse produzir este efeito. Os ratos também toleraram bem o procedimento.

Ao longo de pelo menos 28 dias, os investigadores não observaram toxicidade nem uma reacção imunitária adversa, e verificaram que os microrrobôs se concentravam na lesão em vez de se dispersarem pelo organismo.

A cura ainda está à frente

O que distingue esta combinação é a possibilidade de orientar uma máquina minúscula até ao local da lesão e activá-la a partir do exterior do corpo.

A partir daí, o sistema pode incentivar as células transplantadas a desenvolverem-se em novo tecido nervoso numa medula que, de outra forma, permaneceria danificada. Para os doentes, o atractivo está sobretudo no que o método evita.

Não há eléctrodos implantados. O campo magnético actua a partir de fora da pele, pelo que nada precisa de ser introduzido na própria medula.

Ainda existe uma grande distância entre ratos e seres humanos, e uma medula espinal humana é muito maior do que qualquer estrutura testada até agora.

A mesma abordagem poderá, no futuro, ser direccionada a outros locais difíceis de alcançar - como tumores persistentes ou músculo cardíaco danificado - sempre que o tratamento tiver de chegar a um ponto exacto.