Bruna Pereira de Morais

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1 Bruna Pereira de Morais "ESTUDO IN VITRO DO POTENCIAL DE DIFERENCIAÇÃO DAS CÉLULAS TRONCO IMATURAS DA POLPA DENTÁRIA HUMANA EM NEURÔNIOS RETINAIS" Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação Interunidades em Biotecnologia USP/Instituto Butantan/IPT para obtenção do Título de Mestre em Biotecnologia. Área de concentração: Biotecnologia Orientador: Profª Drª Irina Kerkis Versão Original São Paulo 2012

2 RESUMO MORAIS, B. P. Estudo in vitro do potencial de diferenciação das células-tronco imaturas da polpa dentária humana em neurônios retinais f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, São Paulo, Introdução: A retina é o tecido do olho, sensível à luz, que converte a energia captada em imagem através de células neuronais especializadas, as quais são consideradas células permanentes e portanto, quando danificadas são incapazes de se regenerar. Os tratamentos atuais visam apenas diminuir os danos na retina ao invés de promover uma recuperação eficaz da visão. Células-tronco (CT) são uma promissória fonte para substituir o tecido lesado. Células Tronco Imaturas da Polpa Dentária (CTIPD) apresentam características de CT pluripotentes e são capazes de se diferenciar em quase todos os tipos celulares. Objetivos: O nosso objetivo é avaliar o potencial de diferenciação das CTIPD em neurônios retinais, o que poderia representar uma nova fonte para o tratamento de doenças degenerativas da retina. Métodos: CTIPD indiferenciadas, previamente estabelecidas, foram analisadas por imunofluorescência para expressão de vimentina e de CD73, um marcador de precursor de fotorreceptores. Em seguida, estas células foram submetidas a formação de neuroesferas e a partir de então, à indução da diferenciação em neurônios retinais. A capacidade das CTIPD de se diferenciar em neuroesfera foi avaliada pela expressão de nestin, β-iii-tubulin e Pax-6. A diferenciação retinal foi avaliada pela expressão dos marcadores específicos da diferenciação retinal: Pax-6, Chx-10, Crx, Nrl, Calbindin, Recoverin e Rhodopsin e novamente pelo CD73, agora pós-diferenciação. Resultados: As CTIPD indiferenciadas reagiram positivamente ao CD73 e vimentina. Observou-se também a reação positiva dos anticorpos anti-nestin e anti-β- III-tubulin na esfera, sugerindo um comprometimento com linhagem neural. Pax-6, um marcador de células progenitoras da retina, também foi positivo nas neuroesferas. Nas células diferenciadas a partir da neuroesfera, observamos com maior intensidade a expressão de Chx- 10, Crx e CD73 e com menor expressão, Nrl, Calbindin, Recoverin e Rhodopsin. Conclusão: Este estudo sugere que as CTIPD apresentam potencial de desenvolvimento de estruturas semelhantes à retinoesferas, com propriedades retinais e neurais in vitro, as quais podem ser induzidas à diferenciação em neurônios retinais. Nossos dados demonstraram que as CTIPD podem ser uma fonte alternativa para regenerar tecidos danificados da retina. Entretanto, estudos adicionais são necessários para elucidar a formação da retina neural. Palavras-chave: Células tronco. Retina. Polpa dentária. Terapia celular. Retinopatias.

3 ABSTRACT MORAIS, B. P. Study of in vitro differentiation of human immature dental pulp stem cells into retinal neurons cells p. Masters thesis (Biotechnology) - Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, São Paulo, Introduction: Retina is the light-sensitive eye tissue which converts captured energy in image by specialized neuronal cells. If these cells are damaged they are unable to regenerate. Treatments aim only to decrease retinal damages instead of promoting an effective vision recovery. Stem cells (SC) are a promissive source to substitute injured tissue. Immature dental pulp stem cells (IDPSC) have characteristics of pluripotent SC and are able to acquire properties of almost all cell types. Objectives: We aim to evaluate the potential of IDPSC to develop retinal neurons, which can represent a new source for treatment of retinal degenerative diseases. Methods: Undifferentiated IDPSC, previously established by us, were analyzed by immunocytofluorescence to evaluate CD73 expression, an early photoreceptor marker. Further, these cells were submitted to progenitor neural differentiation. The capacity of IDPSC to differentiate towards retinal spheres similar structures was evaluated by the expression of Nestin, β-iii-tubulin and Pax-6 antibodies. Retinal cells differentiation was perfomed from retinal spheres and was evaluated by the expression of specialized retinal neurons antibodies: Pax-6, Chx-10, Crx, Nrl, Calbindin, Recoverin and Rhodopsin. Results: Undifferentiated IDPSC reacted positively to CD73. We also observed the positive reaction of anti-nestin and anti-β-iii-tubulin in retinal spheres, indicating that these structures have previous commitment with neural lineage. Anti-Pax-6, a marker of progenitor retina cells, was also positive in retinal spheres. Regarding other specialized retinal markers, they did not show any positive reaction in formed spheres. On the other hand, in differentiated cells from retinal spheres, we observed a high expression of Chx-10 and Crx, in comparison to Nrl, Calbindin, Recoverin and Rhodopsin, which were also positive but less intensive. We confirmed that CD73 was also expressed in these differentiated cells obtained from retinal spheres. Conclusion: This study suggests that IDPSC present the potential of developing retinal spheres structures, with neural and retinal properties in vitro, which can be induced to differentiate into retinal neurons. Our data demonstrated that IDPSC can be an alternative source to regenerate damaged retinal tissues. Nevertheless, it is still required some factors that can facilitate the induction of mature retinal characteristics. Further studies are needed in order to elucidate respective roles of retinal tissue formation. Keywords: Stem cell. Retina. Dental pulp. Stem cell therapy. Degenerative retinopathies.

4 1 INTRODUÇÃO

5 A deficiência visual, que pode ser definida como cegueira ou baixa visão, atinge atualmente, segundo estimativas da Organização Mundial da Saúde (OMS), 180 milhões de pessoas, sendo 45 milhões de pessoas com cegueira e 135 milhões de pessoas com baixa visão (RESNIKOFF et al., 2004). Tanto a deficiência visual quanto a cegueira causam um impacto significativo no desenvolvimento socioeconômico do país. Suas consequências são um grave problema de saúde pública com maior impacto nos países em desenvolvimento, onde está concentrada cerca de 80% da cegueira mundial (CONGDON; FRIEDMAN; LIETMAN, 2003). Na América Latina, estimam-se cerca de 7 a 10 milhões de indivíduos com baixa visão. Estima-se ainda que, só no Brasil, existem mais de 1 milhão de pessoas com algum tipo de deficiência visual e aproximadamente 357 mil cegos, segundo estudo realizado por Salomão, Mitsuhiro e Belfort Junior (2009). Lesões em neurônios da retina podem acometer pacientes de qualquer idade, raça, sexo e classe social, e são de extrema gravidade devido ao fato destes neurônios serem células permanentes, ou seja, não possuem a capacidade de autorrenovação devido ao seu estado altamente especializado. Assim, uma vez danificados perde-se permanentemente a capacidade de regeneração (CHIOU et al., 2005). Embora as degenerações retinianas possam acometer toda a população, existem grupos mais susceptíveis a tais doenças, como por exemplo, pacientes idosos, diabéticos, portadores de doenças genéticas relacionadas à retina, entre outros. Na Degeneração Macular Relacionada à Idade (DMRI), como o próprio nome sugere, o principal fator para o desenvolvimento da doença, é a idade. Logo, o aumento na expectativa de vida da população tende a aumentar a incidência dessa enfermidade nos próximos anos. Dados da OMS (2004) mostram que o Brasil terá a sexta população de idosos no mundo até Para portadores do diabetes, num curso de 20 anos da doença, aproximadamente 99% dos pacientes tipo I e 65% dos pacientes tipo II, serão afetados por algum grau da Retinopatia Diabética (DURRUTY et al., 2000). A Retinose Pigmentar (RP) constitui um grupo de doenças da retina com caráter de degeneração gradativa das células da retina sensíveis à luz. A RP é causada por inúmeras mutações genéticas, hereditárias e ainda relacionada a fatores ambientais (estresse, tabagismo, medicamentos, etc.). Pessoas afetadas podem ter dificuldade de enxergar em locais com pouca luminosidade ou claridade excessiva e perdem progressivamente a visão periférica ou a visão noturna levando a cegueira irreversível. Os portadores desta doença perdem em média até 7,7% do seu campo visual por ano. Dados do Conselho Brasileiro de Oftalmologia apontam que cerca de 40 mil pessoas sofrem com esta doença no País.

6 Atualmente, os tratamentos existentes para as degenerações retinianas permitem apenas evitar a progressão das doenças ou em casos de detecção precoce, prevenir algum tipo de lesão futura. Porém, estes tratamentos são de elevado custo e risco para o paciente, já que são terapias de alta tecnologia e invasivas. Uma alternativa que vem ganhando grande enfoque nos dias atuais é o uso de células tronco para o tratamento de doenças consideradas até então incuráveis. As células tronco, por apresentarem capacidade de diferenciação para qualquer tipo celular funcional e serem capazes de quando reintroduzidas num organismo, se integrar no tecido lesado, apresentam-se como um potencial tratamento para a cura dos pacientes com degenerações retinianas por meio da regeneração tecidual. Levando em consideração a enorme quantidade de pacientes que apresentam algum tipo de deficiência visual por problemas na retina e o fato de que um tratamento realmente efetivo na recuperação da visão poderia beneficiá-los, temos por objetivo neste trabalho, desenvolver um método eficiente para a diferenciação das células tronco de polpa dentária humana em neurônios retinais, visando sua futura aplicação clínica em lesões retinianas.

7 7 CONCLUSÕES

8 que: De acordo com os resultados demonstrados no presente trabalho, podemos concluir as CTIPD foram capazes de formar as estruturas semelhantes às neuroesferas in vitro, podendo ser mantidas em cultura, tanto em suspensão como aderidas, por longos períodos; as neuroesferas, quando aderidas na placa de cultivo, liberaram células com morfologia semelhante à células neuronais e expressaram marcadores característicos desta linhagem (nestin e β-iii-tubulin), demonstrando o início de um comprometimento neural; simultaneamente, as neuroesferas expressaram um marcador de progenitor retinal (Pax6), sugerindo que neste estágio, já é possível indicarmos o início do comprometimento retinal; pudemos concluir também que a diferenciação retinal, utilizando co-cultivo ou meio condicionado pelo EPR, pode não ser uma alternativa viável, pois não é possível identificar os reais agentes indutores, sendo estes muito variáveis de acordo com as condições de cultivo do EPR; a tentativa de diferenciação retinal das CTIPD evitando o estágio de neuroesfera, não foi satisfatória, pois foram geradas apenas células com características neurais, em sua maioria, células gliais, porém sem expressão para os marcadores retinais; utilizando o marcador CD73 demonstramos que a transição mesenquima epitélio ocorre nas CTIPD conforme a diferenciação acontece. As CTIPD CD73+ após o processo de diferenciação, se agrupam em grumos e apresentam características de células epiteliais justapostas com microvilosidades, como foi também demonstrado pela microscopia eletrônica;

9 a imunofluorescência nas células diferenciadas apresentou resultados bastante significantes, expressando intensamente os marcadores de precursores retinais e com menos intensidade, mas também positivos, os marcadores de neurônios retinais maduros. Isso demonstra que nosso protocolo foi efetivo na geração de células comprometidas com a linhagem retinal em diversos estágios de maturação. Desta forma podemos concluir que atingimos um grande avanço na diferenciação das CTIPD em células precursoras retinais. Porém, nosso estudo somente poderá ser validado quando os ensaios funcionais forem realizados, primeiramente demonstrando a capacidade das células de se integrarem, anatômica e funcionalmente com as células retinais (nicho) em modelos animais saudáveis.

10 REFERÊNCIAS

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