Microrrobôs magnéticos levam células estaminais a lesões da medula espinal

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

Até agora, esse impulso costumava depender de elétrodos colocados cirurgicamente junto da medula.

O problema é que o tecido espinal reage mal ao contacto físico. Uma equipa em Zurique encontrou, porém, uma forma de contornar por completo a cirurgia.

Os investigadores criaram um dispositivo suficientemente pequeno para circular pela corrente sanguínea e recorreram a um íman, mantido no exterior do corpo, para o orientar e o ativar. A reparação arrancou sem um único elétrodo implantado.

Os nervos continuam danificados

A dificuldade começa na própria biologia. Quando as células nervosas da medula espinal são cortadas, quase nunca voltam a crescer; além disso, o tecido cicatricial que se forma à volta da lesão sela o intervalo e impede que fibras que tentem atravessá-lo consigam passar.

Uma das abordagens tem sido transplantar células estaminais para a área danificada e, por vezes, incentivá-las com pequenos impulsos elétricos.

Só que esses impulsos, em regra, exigem elétrodos colocados muito perto de tecido que não tolera bem qualquer perturbação. E, mesmo depois de introduzidas, a maioria das células não sobrevive ou não chega a integrar-se no tecido à sua volta.

Era preciso um método de entrada mais suave. Foi esse o desafio assumido por investigadores da Escola Politécnica Federal de Zurique (ETH Zurich).

O projecto foi liderado pelo Professor Salvador Pané i Vidal, responsável pelo Laboratório de Robótica Multiescala.

Construir robôs minúsculos

A solução 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, e à qual são fixadas, à superfície, nanopartículas concebidas para esse efeito.

As células começam por ser células adultas comuns, reprogramadas em laboratório para voltarem a um estado jovem e indiferenciado.

Essa técnica, descrita em trabalhos anteriores, revolucionou a medicina regenerativa e permite orientar estas células para um destino neuronal. As partículas, por sua vez, foram desenhadas em duas camadas.

Eletricidade e ímanes

O núcleo deforma-se sob um campo magnético, e a camada externa converte essa deformação num ligeiro impulso elétrico; no conjunto, cada microrrobô mede cerca de 6 micrómetros de diâmetro.

A montagem é feita sobre um microcircuito do tamanho de uma unha e fica pronta em cerca de 30 minutos.

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

Orientação dentro do corpo

Depois de injetados, os microrrobôs não ficam à deriva. Um campo magnético fraco, aplicado do exterior, agarra os seus núcleos ricos em ferro e fá-los rolar para a frente, permitindo à equipa direcioná-los para um local escolhido.

Para demonstrar esse controlo, fizeram um único microrrobô rolar sobre uma placa de vidro e desenhar letras.

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

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

Avançar contra o fluxo sanguíneo foi mais lento, mas também mais estável; ir com a corrente originou, por vezes, picos repentinos de velocidade.

Manter uma trajectória num vaso com sangue em movimento é difícil, e os microrrobôs conseguiram fazê-lo.

Acordar as células

Colocar os microrrobôs no sítio é apenas metade do trabalho - e nem sequer é a parte mais complicada. As células ainda têm de amadurecer e tornar-se tecido nervoso funcional, e é aqui que o campo magnético volta a ser essencial.

Quando o campo passa a alternar rapidamente, as partículas em cada célula emitem minúsculos impulsos elétricos. Ao que tudo indica, esses impulsos abrem canais na membrana celular.

O cálcio entra em grande quantidade e parece desencadear o processo que transforma a célula numa célula nervosa.

O uso do magnetismo para levar partículas a produzir pequenos estímulos elétricos já tinha sido testado antes, num estudo anterior em tecido cerebral.

O que ainda não tinha sido demonstrado era juntar essa ideia a 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 recentes na medula. Sem tratamento, quase não se mexiam e, nos casos mais graves, ficavam totalmente paralisados, a flutuar no mesmo ponto em vez de explorarem os poços onde estavam.

Os peixes são um caso particular, porque a sua medula espinal consegue regenerar com o tempo. Ainda assim, os peixes tratados recuperaram mais depressa do que os que ficaram a sarar por si.

Em três dias, os que receberam o tratamento completo nadavam quase normalmente, o que indica uma recuperação substancial da função motora. Nenhum dos grupos de comparação alcançou o mesmo nível.

O teste maior

Os peixes são mais permissivos. Os ratos são muito menos. A medula espinal deles, tal como a nossa, não se recompõe após uma secção limpa.

Quando a equipa cortou completamente a medula espinal de um rato e, de seguida, administrou os microrrobôs, os animais voltaram a apresentar movimentos reais ao fim de quatro semanas.

Ninguém tinha mostrado que um robô magnético, transportando células, pudesse produzir este efeito. Os ratos também toleraram bem o tratamento.

Ao longo de pelo menos 28 dias, os investigadores não observaram toxicidade nem reacção imunitária adversa, e os microrrobôs concentraram-se na zona da lesão em vez de se dispersarem pelo organismo.

A cura ainda está à frente

O que distingue esta combinação é o facto de uma única máquina minúscula poder ser guiada até ao local da lesão e depois ativada a partir do exterior.

A partir daí, o sistema pode estimular as células estaminais transplantadas a desenvolverem-se em novo tecido nervoso numa medula que, de outra forma, permaneceria danificada. Para os doentes, o atractivo está tanto no que a técnica faz como no que evita.

Não há elétrodos implantados. O campo magnético actua do lado de fora da pele, sem necessidade de introduzir qualquer dispositivo na própria medula.

Ainda assim, ratos estão longe de ser pessoas, e uma medula espinal humana é muito maior do que tudo o que foi testado até agora.

A mesma estratégia poderá vir a ser usada noutros alvos difíceis de alcançar, como tumores resistentes ou músculo cardíaco lesionado, sempre que o tratamento tiver de chegar a um ponto exacto.