Amelogenina: o que uma proteína de esmalte está fazendo no ligamento periodontal?

por Michelle T. Biz – Depto. de Morfologia da UFSC

Vê-se na imagem em destaque um maior aumento com detalhes histológicos do osso, ligamento e cemento, bem como os resots epiteliais de Malassez presente no ligamento.

Entre o dente e o osso da maxila e mandíbula, há um ligamento que conecta estes dois tecidos mineralizados: o ligamento periodontal. Este ligamento é um tecido rico em células e feixes grossos de fibras colágenas que estão inseridas no osso e no cemento (superfície da raiz do dente). Assim, o ligamento promove uma firme inserção do dente aos maxilares.

Mas, além disso, o ligamento periodontal funciona como uma espécie de barreira biológica de separação entre osso e cemento, limitando a deposição óssea continuada e a eventual proximidade do osso com a raiz, o que levaria à anquilose dentária.

A anquilose ocorrerá quando houver ausência do ligamento periodontal (geralmente consequência de trauma dental). Sem o ligamento periodontal (e, portanto, sem esta barreira biológica) a formação óssea continuada invade este espaço livremente e avança para a raiz causando uma fusão do osso à raiz do dente. Em casos mais severos, poderá ocorrer uma reabsorção continuada da raiz e substituição desta por osso, causando a perda do dente.

Por muito tempo, este mecanismo biológico de limite entre osso e cemento (manutenção do espaço do ligamento periodontal) era desconhecido, mas tudo indicava que seriam os restos epiteliais de Malassez (REM), presentes no ligamento, os responsáveis por esta função. Os REM, como o próprio nome diz, são resquícios de células epiteliais que auxiliaram a formação da raiz do dente e que, após cumprirem esta função, permanecem como ilhas e cordões ao redor da raiz (imagine como uma rede de basquete envolvendo a raiz do dente) e, por isso, foram relacionadas a esta função. Este papel estaria ligado à produção de EGF (fator de crescimento epidérmico) pelos REM. O EGF possui uma função importante na modulação da homeostase óssea, havendo assim um controle local da formação óssea (equilíbrio entre formação e reabsorção), o que seria conveniente nesta região, mantendo o osso afastado do cemento.

Porém, recentemente, mais uma molécula ganhou um papel importante nesta dinâmica: os Cientistas Descobriram Que a amelogenina, secretada pelos REM, também contribui para a manutenção do espaço do ligamento periodontal.

A amelogenina é uma proteína secretada pelos ameloblastos (células formadoras do esmalte) e estará presente na matriz durante a formação do esmalte. Os ameloblastos são derivados do mesmo tecido epitelial que dará origem aos REM. Mas se não há esmalte na raiz do dente (onde estarão os REM) porque eles secretam amelogenina? Este foi a pergunta principal dos cientistas neste trabalho.

Para encontrar a resposta, os pesquisadores realizaram o estudo em três etapas. Na primeira etapa, os cientistas isolaram células dos REM e em laboratório formaram agrupamentos dessas células (REM-C). As análises preliminares indicaram quais grupos de REM-C secretavam proteínas de interesse (amelogenina, enamelina e ameloblastina) e estes grupos foram utilizados para as etapas seguintes.

Na segunda etapa, era necessário verificar se estas proteínas interferiam no processo de mineralização. Para isso, realizaram uma cultura das REM-C juntamente com fibroblastos do ligamento (hPDLF). Ao analisarem esta cultura, verificaram que houve inibição da mineralização, o que de fato era o esperado. Descobriram ainda que a proteína responsável por esta inibição era a amelogenina, uma vez que ao adicionar anti-amelogenina na cultura, a mineralização normalizou-se (enquanto para as demais proteínas não se observou o mesmo efeito).

E a terceira etapa consistiu em uma análise in loco no dente. Para esta análise, os cientistas extraíram molares de ratos e estes dentes foram mantidos incubados por 48 horas com o meio de cultura que continha os REM-C. Decorrido os dois dias, os molares foram transplantados para os animais, onde permaneceram por 14 dias. Após análises histológicas e moleculares da formação óssea, os cientistas observaram que entre as raízes dos molares cultivados com meio REM-C com alta produção de amelogenina houve menor formação óssea. Por outro lado, quando adicionado anti-amelogenina a formação óssea se normalizou. 

Assim, a hipótese inicial de que o REM é o responsável pela barreira biológica que mantém o osso afastado de cemento vai sendo corroborada aos poucos; e a amelogenina ganhou status de molecular ativa neste processo. 

Para saber mais:

  1. Analysis of the cells isolated from epithelial cell rests of Malassez through single-cell limiting dilution
  2. Local delivery of EGF–liposome mediated bone modeling in orthodontic tooth movement by increasing RANKL expression
  3. Epidermal growth factor signalling pathway in endochondral ossification: an evidence-based narrative review

A COVID-19 não é apenas uma gripezinha! Lembraremos disso?

Por Daniel Fernandes, Departamento de Farmacologia UFSC

Logo no início da pandemia, ficou claro que a COVID-19 deixa marcas! Várias pessoas infectadas pelo vírus SARS-CoV-2, mesmo as que não foram hospitalizadas, apresentam sequelas a médio e longo prazo que impactam a saúde, como, por exemplo, fraqueza e cansaço. 

E as sequelas vão muito além de problemas pulmonares que foram a grande preocupação inicial. Inclusive, já abordamos aqui as sequelas cardíacas causadas pela COVID-19 (Nosso coração será o mesmo após a COVID-19?)

Agora o Cientistas da Universidade de Oxford Descobriram Que a COVID-19 pode afetar o nosso cérebro!  

“Coronavírus pode viajar para seu cérebro através de seu nariz” – animação por @design_cells no Instagram.

Os pesquisadores tiraram proveito de um banco de dados biomédico de grande escala, que reúne informações de saúde de aproximadamente meio milhão de pessoas no Reino Unido (www.ukbiobank.ac.uk). Logo depois do início da pandemia, em 2020, os pesquisadores convidaram participantes que já tinham realizado um exame de ressonância magnética (exame de alta precisão e qualidade no detalhamento das imagens do corpo) antes do início da pandemia, para que voltassem ao laboratório para repetir o exame.

Com esta estratégia, eles conseguiram avaliar as imagens (antes e depois) de 785 pessoas com idade entre 51 e 81 anos. Destes, 401 testaram positivo para COVID-19 no período entre as duas sessões de exame. Os 384 indivíduos restantes não foram infectados e serviram como controle. O grupo de pessoas que testou positivo para COVID-19 apresentou uma maior perda de substância cinzenta em áreas do cérebro associadas ao paladar e olfato. Os cientistas demostraram também que estas pessoas que foram infectadas pelo vírus apresentavam um maior dano tecidual em áreas conectadas ao córtex olfativo primário, outra área relacionada ao olfato. Análises do cérebro inteiro confirmaram esses resultados e mostraram uma atrofia difusa em outras regiões do cérebro.

Diferenças longitudinais na espessura da massa cinzenta e alterações médias de difusividade.

Os autores da pesquisa se mostraram bastante surpresos, pois a maioria das pessoas infectadas experimentou sintomas leves a moderados de COVID-19. E, mesmo quando os autores excluíram das análises os pacientes que necessitaram hospitalizações (15 pacientes), os resultados não mudaram. Além disso, os Cientistas Descobriram Que os indivíduos infectados pelo vírus também tiveram pior desempenho em alguns testes de raciocínio quando comparados aos que não haviam sido infectados. 

Um outro dado importante é que 11 voluntários desenvolveram pneumonia que não foi relacionada com a COVID-19 entre as sessões de imagem e não tiveram alterações cerebrais. Isso pode indicar que as descobertas do estudo são específicas da infecção por SARS-CoV-2 e não de qualquer infecção respiratória.

Embora muito interessante, estudos como estes têm suas limitações. Por exemplo, os participantes podem ter sido classificados erroneamente, devido a testes de COVID-19 falso-positivos no grupo considerado como infectado e falso-negativo no grupo controle. Outro ponto é que os exames foram realizados quando o vírus original e a variante alfa eram predominantes e não é possível saber se as mesmas alterações são observadas com as demais variantes, como a ômicron e a delta. Além disso, ainda não está claro qual é o impacto clínico destas alterações cerebrais nem os mecanismos envolvidos neste processo. 

De qualquer forma, queixas sobre perda de memória e dificuldades de concentração são relatadas a todo momento por pessoas que foram infectadas pelo SARS-CoV-2.

Mas por ora só nos resta torcer para que não esqueçamos de tudo o que vivemos para que no futuro possamos evitar os erros de estratégias cometidos no combate à pandemia. 

Para saber mais:

  1. SARS-CoV-2 is associated with changes in brain structure in UK Biobank

Finalmente um tratamento eficaz para a Artrite Reumatoide?

Por Marco Augusto Stimamiglio, Instituto Carlos Chagas – Fiocruz/PR

A artrite reumatoide (AR) é uma doença autoimune, na qual o próprio sistema imunológico do paciente ataca seus tecidos saudáveis. Esta condição causa a inflamação crônica das articulações do corpo, o que provoca dor, inchaço, degeneração dos tecidos e deformidades nas articulações a longo prazo.

Os medicamentos convencionais para o tratamento desta doença são pequenas drogas químicas sintéticas com função anti-inflamatória, como o metotrexato que é tipicamente o medicamento de primeira linha para o tratamento da AR. Entretanto, estas drogas apresentam muitos efeitos colaterais graves, como insuficiência dos rins e fígado. Uma alternativa seria a aplicação local dos químicos sintéticos (por injeções intra-articulares) ao invés do uso oral e sistêmico como é habitualmente aplicado. Contudo, no caso das articulações, a aplicação local fornece um benefício limitado, pois as drogas são rapidamente removidas através dos vasos linfáticos, permanecendo menos de 4 horas na articulação.

Diante destes desafios, os cientistas estudam diferentes abordagens de tratamento com o uso de drogas embrulhadas em pequenas partículas que permitem a ação mais localizada e prolongada do medicamento. No entanto, a maioria desses estudos recentes se concentra no alívio de sintomas, como a redução da inflamação pela inibição de células do sistema imune. Acontece que estas abordagens terapêuticas interferem no papel crucial da vigilância imunológica e defesa do nosso corpo, levando a complicações graves com o tratamento de longo prazo, como infecções, úlceras e hepatite.

Ilustração esquemática da estratégia para o tratamento da AR usando vesículas extracelulares derivadas de macrófagos M2

Em um estudo publicado recentemente (julho de 2022), cientistas coreanos utilizaram de estratégia inovadora para reprogramar células do sistema imune nas articulações, como forma de regular a resposta inflamatória local e a recuperação do tecido articular. A reprogramação foi feita em macrófagos, células da primeira linha de defesa com funções de combate direto e regulação de outras células do sistema imune. Além disso, os macrófagos, que foram tema de outros estudos tratados aqui no CDQ (O que faz bater o seu coração? Os Macrófagos! Eles são electrizantes…), são células heterogêneas que podem estimular a inflamação (M1) ou reprimi-la (M2), desempenhando assim atividades de reparo tecidual. Para a reprogramação dos macrófagos M1 (pró-inflamatórios) em M2 (anti-inflamatórios), os cientistas não se utilizaram de manipulação genética, que interfere diretamente na expressão de alguns genes e altera o estado da célula. O que fizeram foi usar pequenas partículas (chamadas vesículas extracelulares, que incluem os exossomos já revelados anteriormente aqui no CDQ) produzidas por macrófagos M2. Estas vesículas têm função de transporte de informações e permitem a comunicação e a regulação entre células. Portanto, como a AR é uma doença inflamatória, as vesículas dos macrófagos M2 teriam o papel imunoterapêutico de restabelecer o equilíbrio entre macrófagos M1 e M2 no tecido articular, controlando assim a inflamação. 

Neste estudo, os cientistas coreanos demonstraram uma excelente capacidade das vesículas dos macrófagos M2 em reprogramar os macrófagos M1 articulares, resultando em diminuição do inchaço nas articulações, do índice de artrite e da inflamação local, com redução correspondente na degeneração dos ossos e na lesão da cartilagem articular. Além disso, os efeitos anti-AR das vesículas foram comparáveis​​ aos do medicamento convencional metotrexato, porém, sem causar efeitos adversos tóxicos, pois esta estratégia de reprogramação imita de forma mais natural a sinalização celular nos tecidos. No geral, a estratégia de reprogramação e ajuste da resposta dos macrófagos guiada pelas vesículas demonstrou ser uma grande promessa para o desenvolvimento de terapias anti-inflamatórias além da AR. 

É importante frisar que este estudo foi realizado em camundongos e não representa as condições em humanos. Também ainda não podemos responder à pergunta do título deste texto, pois existem muitas etapas a cumprir para que uma descoberta laboratorial venha a se tornar um tratamento clínico. Ainda assim, os resultados alcançados pelos cientistas são promissores e o potencial deste modelo de terapia parece ser realmente notável.

Imagens representativas de patas traseiras dos ratos em diferentes grupos de tratamento obtidos com uma câmera convencional.

Para saber mais

  1. Extracellular vesicle-guided in situ reprogramming of synovial macrophages for the treatment of rheumatoid arthritis

Como a biologia do desenvolvimento pode informar a criação de novas terapias celulares?

Por Edroaldo Lummertz da Rocha, Departamento de Microbiologia, Imunologia e Parasitologia.

As células sanguíneas e do sistema imunológico são formadas por células-tronco que residem na medula óssea. Estas células, chamadas de células-tronco hematopoiéticas, são responsáveis pela produção diária de bilhões de células sanguíneas e imunes cruciais para a manutenção da vida. Nos transplantes de medula óssea, são justamente as células-tronco hematopoiéticas as unidades celulares de interesse. Curiosamente, antes de residirem na medula óssea durante a vida adulta, as células-tronco hematopoiéticas devem percorrer um longo caminho durante o desenvolvimento embrionário, passando por diversos órgãos. Para compreender a origem do sistema hematopoiético e imunológico, assim como desenvolver novas terapias celulares, é fundamental compreender essa longa jornada das células-tronco hematopoiéticas. Em dois artigos recentes, pesquisadores da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), em parceria com pesquisadores da Escola de Medicina da Harvard e da Universidade da Califórnia em Los Angeles, reportaram o sequenciamento e quantificação dos genes expressos pelas células que constituem o microambiente tecidual no qual as células-tronco hematopoiéticas nascem durante o desenvolvimento embrionário de camundongos e seres humanos, respectivamente (Lummertz da Rocha et al. 2022; Calvanese et al. 2022).

No trabalho realizado por mim e colaboradores, nós desenvolvemos um novo algoritmo – metodologia computacional – para predizer como as células dentro de um tecido se comunicam, e como tal comunicação celular está envolvida no surgimento das células-tronco hematopoiéticas durante o desenvolvimento embrionário de camundongos. Utilizando este algoritmo, denominado CellComm, nós descobrimos novos processos biológicos envolvidos na formação de células sanguíneas. Surpreendentemente, nós identificamos uma proteína, chamada APP, tipicamente envolvida em processos neurodegenerativos, como envolvida na formação das células-tronco e progenitoras hematopoiéticas. A inibição desta proteína em animais de laboratório aumentou substancialmente a produção de células-tronco hematopoiéticas, o que pode levar ao desenvolvimento de novas terapias celulares. Já o estudo realizado por pesquisadores da Califórnia, pelo grupo da Dr. Hanna Mikkola, identificou um conjunto de genes especificamente expressos em células-tronco hematopoiéticas de embriões humanos em desenvolvimento. Utilizando estes dados de expressão de genes como uma referência e metodologias computacionais, o grupo quantificou a equivalência de células-tronco hematopoiéticas criadas em laboratório com aquelas células que naturalmente surgem no organismo durante o desenvolvimento embrionário, demonstrando sua similaridade no nível de expressão gênica e a possibilidade de criar células funcionais em laboratório para estudos biológicos e o desenvolvimento de novos tratamentos para doenças hematológicas. 

Em conjunto, estes estudos destacam a importância da biologia computacional para compreender o funcionamento das nossas células e como utilizar esse conhecimento para criar células-tronco hematopoiéticas em laboratório a partir de células-tronco pluripotentes, as quais possuem a capacidade de produzir virtualmente qualquer célula do nosso organismo. Tal feito poderá, caso um dia funcione de forma robusta, reduzir a necessidade de doadores de medula óssea, pois as células-tronco e progenitoras hematopoiéticas poderiam ser geradas em laboratório a partir das células do próprio paciente por meio da reprogramação celular.

Para saber mais:

Bactérias e câncer: haverá mesmo uma relação?

Por Rita Zilhão, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

Os relatos históricos que associam o câncer a micróbios são milenares. Contudo, unicamente a partir do último século e meio ganharam relevância na discussão científica. Em 1868, William Busch relatou regressões espontâneas de tumores em doentes que tinham contraído infeções com a bactéria Streptococcus pyogenes. Esta observação revelava o papel das bactérias na saúde e seria uma das primeiras demonstrações do que hoje se conhece como imunoterapia do câncer. Alguns anos depois, em 1911, a teoria viral do câncer surge com a descoberta de que o vírus sarcoma de Rous transformava tecido benigno em tumores malignos nas galinhas. Contudo, erros experimentais e conceptuais levaram a que o papel dos microorganismos na carcinogénese e na terapia do câncer fosse escasso. De facto, a procura durante décadas para identificar vírus na origem de cada câncer humano acabou por falhar, e muitos cânceres ficaram vinculados a mutações. Com o desenvolvimento tecnológico a nível de técnicas de sequenciação (sequenciamento em português brasileiro) de genomas e bioinformática, surge a evidência de que nos diferentes indivíduos há uma considerável variedade de espécies e sub-espécies de bactérias que co-habitam um determinado tecido ou órgão (variabilidade polimórfica dos microbiomas), e que esta pode ter um impacto profundo nos fenótipos do câncer. 

São poucos os microorganismos identificados como causadores diretos do câncer. Porém, são já vários os estudos em que os Cientistas descobriram que diferentes microbiomas, com características distintas relativamente à dinâmica e à diversidade de espécies microbianas, são cúmplices no desenvolvimento e progressão maligna, e na resposta à terapia. Mas como?

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Vias aéreas humanas em um chip: uma nova ferramenta para a descoberta de fármacos antivirais? 

Profa. Dra. Izabella Thaís Silva Dpto. de Farmácia, UFSC

O uso de pequenos órgãos humanos, criados em laboratório, para estudar vírus potencialmente pandêmicos, como o SARS-CoV-2 (causador da COVID-19) e o Influenza (causador da gripe), não é novidade. Inclusive a relevância científica desse tema foi recentemente abordada em um interessante texto aqui no Cientistas Descobriram Que… 

A grande novidade é a criação de um sistema interligado que imita, de forma muito mais realista, as vias aéreas humanas. Essa criação recente dos pesquisadores da Universidade de Harvard, Boston (EUA), batizado como “vias aéreas humanas em um chip ou Airway Chip”, é um dispositivo que contém dois pequenos canais paralelos separados por uma membrana porosa recoberta por matriz extracelular (detalhes podem ser vistos na figura abaixo). De um lado da membrana, os pesquisadores colocaram células-tronco pulmonares humanas cultivadas numa interface líquido-ar e, do outro lado, incluíram células de vasos sanguíneos (endotélio), provenientes de pulmão humano, expostas a um fluxo contínuo de líquido que imita o nosso sistema vascular. Este dispositivo ainda permite a diferenciação das células-tronco em uma camada de tecido (epitélio) com células especializadas muito semelhantes ao que encontramos nas vias aéreas humanas. 

Airway Chip – Adaptado de SI et al., 2021.
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No autismo, o amor é o calor que aquece

Por Julia Fernandez Puñal Araújo e Geison Souza Izídio, Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

O Transtorno do Espectro Autista (TEA) é um transtorno do desenvolvimento caracterizado por desafios como interação social, fala e comunicação não-verbal, bem como comportamentos repetitivos. No entanto, comportamentos sensoriais atípicos são um aspecto central do autismo, pois afetam cerca de 90% das crianças. 

Devido à complexidade de se estudar o cérebro de recém-nascidos, ou mesmo de crianças, existem modelos animais de camundongos, que imitam alguns aspectos do autismo e que permitem avanços significativos nesta área de pesquisa. Sabe-se que durante a primeira semana de vida destes camundongos, a integridade sensorial é fundamental, pois os recém-nascidos têm que realizar comportamentos inatos vitais, como, por exemplo, a busca de mamilos para se alimentar. Por nascerem pouco desenvolvidos (sem pelos, cegos e com pouca mobilidade corporal), os filhotes de camundongos apresentam, nos primeiros dias de vida, uma dependência materna muito maior que bebês humanos para lidar com todos os desafios.

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